Разумовский В.М. (ред.) Экология и природопользование

Подождите немного. Документ загружается.

Геологоразведка – сложный производственный процесс изучения

недр и выявления запасов полезных ископаемых, основными составляю-

щими которого являются научный анализ геологических фактов, наблю-

дений и экспериментов, их систематизация и обобщение, построение гео-

логических прогнозов.

Поиски месторождений полезных ископаемых, их оценка и разведка

(при положительных результатах) образуют главные составляющие геоло-

горазведочного производства. Геологоразведка – весьма наукоемкое про-

изводство, использующее достижения не только геологических, но и гео-

графических наук, а также экологии, экономики, горного дела и других

областей знаний. Таким образом, при проведении комплекса геологораз-

ведочных работ происходит органичное слияние научных и производст-

венно-технических задач и их решений, возникает научно-про-

изводственная система.

Проведение геологоразведочных работ осуществляется в определен-

ной последовательности, обеспечивающей полноту геологического изуче-

ния недр и рациональное использование минеральных ресурсов. В процессе

геологического изучения недр в зависимости от поставленных целей выде-

ляются два основных этапа: поиски месторождений полезных ископаемых

и их разведка.

Поиски месторождений полезных ископаемых – комплекс геолого-

разведочных работ, направленных на выявление промышленно оцененных

концентраций полезных ископаемых и их прогнозную геолого-

экономическую оценку. Для осуществления поисков месторождений по-

лезных ископаемых необходимы два условия: 1. Наличие благоприятных

геологических (поисковых) предпосылок и признаков. 2. Наличие дефи-

цита в соответствующем виде минерального сырья или топлива.

Поиски месторождений полезных ископаемых проводятся в три по-

следовательные стадии: 1. Общие поиски, осуществляемые совместно с

геолого-съемочными работами масштаба 1:50000 (1:25000). 2. Поисковые

работы. 3. Поисково-оценочные работы.

На стадии общих поисков и геологической съемки оконтуриваются

поля однотипной минерализации, определяется вероятный тип орудене-

ния, оцениваются сопутствующие искомым виды полезных ископаемых,

производится подсчет прогнозных ресурсов по категории Р

и дается их

геолого-экономическая оценка.

Конкретные поисковые работы проводятся на площадях, перспек-

тивность которых подтверждена в процессе общих поисков. По данным

поисковых работ определяются перспективы выявления продуктивных за-

лежей. Их суммарные прогнозные ресурсы оцениваются по категории Р

В зависимости от результатов поисковых работ даются рекомендации о

постановке следующей стадии – поисково-оценочных работах или пре-

кращении дальнейших исследований.

Поисково-оценочные работы проводятся на площадях, выявленных

в процессе поисковых работ с целью массовой отбраковки не представ-

ляющих промышленного интереса проявлений полезных ископаемых и

прогнозной геолого-экономической оценки потенциальных месторожде-

ний. Эта стадия является переходной от поискового этапа к разведочному.

В ее задачи входит определение геолого-промышленного типа месторож-

дения и минеральных типов полезных ископаемых. Для получения пред-

ставлений об условиях залегания, морфологии и внутреннем строении за-

лежей полезных ископаемых, о горно-геологических условиях их разра-

ботки на типичных участках месторождения проводятся детализационные

разведочные работы путем выборочного сгущения сети горных вырабо-

ток. В дальнейшем участки детализационных работ служат эталонами-

аналогами при оценке месторождения в целом.

Методы поисков выбираются в зависимости от природных условий,

видов прогнозируемых полезных ископаемых и степени детальности по-

исковых работ.

Поиски месторождений полезных ископаемых осуществляются на

основе анализа геологической информации (прежде всего геологических

карт) и сопровождаются специализированными геологическими, геофизи-

ческими и геохимическими съемками. Повышению качества и достовер-

ности геологической основы поисков способствует использование дис-

танционных космо- и аэрогеологических методов.

Обычно поиски месторождений полезных ископаемых осуществля-

ются посредством бурения картировочных, поисковых и поисково-

разведочных скважин, проходки поверхностных горных выработок (рас-

чисток, канав и шурфов), сопровождаемых комплексом геолого-

минералогических, геохимических, геолого-экономических, геоэкологи-

ческих и других исследований, картографическими работами.

На стадиях поисков наряду с геологическими работами осуществля-

ется комплексное изучение территории. Для этого осуществляется сбор

географической и геологической информации, которая позволяет оценить

не только перспективы выявления запасов, но и географические (ланд-

шафтно-экологические, экономико-географические) условия их эксплуа-

тации.

Большое значение на этапе поисков имеет оценка географических

условий залегания полезного ископаемого. Их физико-географическая со-

ставляющая, анализ которой необходим прежде всего для прогноза воз-

действия горных работ на природную среду и условий рекультивации на-

рушенных ими ландшафтов, может быть оценена с достаточной достовер-

ностью, как правило, на мезотаксономическом уровне (физико-

географические провинции, подпровинции, ландшафты). С наибольшей

степенью достоверности на этой стадии могут быть оценены экономико-

географические условия: транспортная освоенность территории, условия

энергоснабжения, водоснабжения, обеспеченность района трудовыми ре-

сурсами, минеральными строительными материалами, строительной и

продовольственной базами. Комплексная оценка этих условий (их в прак-

тике размещения производства называют привязочными) необходима для

прогнозирования технико-экономических показателей будущего горнодо-

бывающего предприятия и связанных с ним производств.

По результатам поисковых работ проводятся комплексная оценка

прогнозных ресурсов по категории Р

, а также прогноз изменений окру-

жающей среды в результате разведки и эксплуатации выявленных ресур-

сов. На участках детализации геологических работ подсчитываются запа-

сы категории С

. Для оценки прогнозных ресурсов применяются методы

экстраполяции разведочных данных, полученных по детализационным

участкам, с учетом всей имеющейся геологической и геохимической ин-

формации. Затем производится геолого-экономическая оценка выявлен-

ных ресурсов по укрупненным показателям и даются рекомендации о це-

лесообразности и очередности дальнейшего проведения работ.

При изменении представлений о геологическом строении и рудонос-

ности перспективных участков, увеличении глубинности исследований

или внедрении современных более эффективных методов поисковых ра-

бот и обработке полученных результатов поисковые работы могут прово-

диться на ранее опоискованных площадях повторно.

Разведка – комплекс работ с целью определения промышленного

значения месторождений полезных ископаемых, получивших положи-

тельную оценку в результате поисково-оценочных работ.

Этап разведки характеризуется детальным изучением геологическо-

го строения месторождения и получением информации о количестве и ка-

честве запасов, минеральном и химическом составе полезного ископаемо-

го, его технологических свойствах. Полнота и достоверность полученной

информации должна обеспечивать промышленную оценку месторожде-

ния, а также давать обоснование решения о порядке и условиях его вовле-

чения в промышленное освоение.

Разведка месторождения выполняется для получения информации,

необходимой при проектировании строительства или реконструкции гор-

нодобывающего предприятия, а также с целью расширения и укрепления

минерально-сырьевой базы действующего горного предприятия (дораз-

ведка). Попутно изучаются и оцениваются запасы залегающих совместно

с основными полезных ископаемых. При этом с применением геологиче-

ской съемки масштаба от 1:10000 до 1:1000 и комплекса геофизических и

геохимических методов исследования завершается собственно изучение

геологического строения месторождения и составляется на инструмен-

тальной основе геологическая карта. Одновременно разрабатываются раз-

ведочные кондиции (см. ниже) и ТЭО (технико-экономическое обоснова-

ние) освоения месторождения, подсчитываются запасы основных и по-

путных полезных ископаемых и компонентов по категориям. Полученные

результаты подлежат государственной экспертизе.

Кондиции на минеральное сырье – совокупность требований к каче-

ству и количеству полезного ископаемого в недрах, к горно-

геологическим и эколого-географическим условиям разработки месторо-

ждения, определяющим его промышленную ценность. Кондиции устанав-

ливают параметры для подсчета запасов полезных ископаемых. В состав

кондиций включаются только показатели, лимитирующие подсчет запа-

сов. Так, подсчет запасов могут ограничивать слишком большая мощность

вскрышных (перекрывающих продуктивную толщу) пород или слишком

малая мощность продуктивной толщи, величина ожидаемого водопритока

в горные выработки, содержание металла в руде и т.п. По результатам

предварительной разведки вырабатываются временные кондиции, по ре-

зультатам детальной разведки – постоянные кондиции.

Выбор методики разведки месторождений основывается на научном

анализе всех накопленных геологических данных как по изучаемому объ-

екту, так и по другим месторождениям соответствующего вида полезных

ископаемых. Разведка месторождений осуществляется последовательно –

по стадиям, со все большей детализацией исследований путем закономер-

ного сгущения сети разведочных выработок и систематического опробо-

вания тел полезных ископаемых со все более точным и достоверным под-

счетом запасов и все более детальной и полной технико-экономической

оценкой.

Во избежание непроизводительных затрат разведка большинства ос-

ваиваемых крупных месторождений разделяется на две стадии – предва-

рительную и детальную. На разрабатываемых месторождениях проводит-

ся эксплуатационная разведка.

Предварительная разведка – стадия геологоразведочных работ, про-

водимая с целью получения достоверных данных для геолого-

экономической оценки выявленных при поисковых работах месторожде-

ний твердых полезных ископаемых или подземных вод. В процессе про-

изводства разведочных работ на нефть и газ эта стадия, как и последую-

щая стадия детальной разведки, не выделяется. По данным предваритель-

ной разведки разрабатываются и утверждаются временные кондиции,

подсчитываются запасы полезных ископаемых по категориям С

и С

По

результатам предварительной разведки составляется ТЭД (технико-

экономический доклад) о целесообразности детальной разведки.

Детальная разведка – стадия геологоразведочных работ, проводимая

на месторождениях твердых полезных ископаемых и подземных вод с це-

лью их подготовки к промышленному освоению. Данные детальной раз-

ведки используются при составлении проектов разработки месторождений

и мероприятий по охране недр, снижению техногенного воздействия гор-

ных работ на окружающую среду и рекультивации нарушенных земель.

По данным детальной разведки разрабатываются и утверждаются

постояннные кондиции, подсчитываются запасы полезных ископаемых по

категориям А и В. По результатам предварительной разведки составляется

технико-экономический доклад (ТЭД) о целесообразности детальной раз-

ведки и (или) бизнес-план эксплуатации месторождения.

Стадия эксплуатационной разведки проводится во время освоения

месторождения для получения достоверных данных, позволяющих осуще-

ствить оперативное планирование горных работ, а также наиболее полно

разрабатывать основные и совместно с ними залегающие полезные иско-

паемые и попутные компоненты. При этом уточняются контуры, вещест-

венный состав и внутреннее строение тел полезного ископаемого, а также

количество и качество запасов по технологическим типам и сортам руд.

Добыча полезных ископаемых – процессы их извлечения из недр

Земли с применением технических средств. Термин «добыча полезных ис-

копаемых» используется также как экономическая категория, которая вы-

ражается в объемных или весовых единицах измерения: применительно к

природному газу – в кубических метрах, промышленным водам – в кубиче-

ских метрах в сутки (йод, бром и др. компоненты – в тоннах), нефти, углю,

рудам, нерудному сырью – в тоннах, драгоценным камням – в каратах, по-

лудрагоценным камням, исландскому шпату, пьезокварцу, флюориту – в

килограммах, нерудным строительным материалам (гранит, карбонатные

породы, песок, гравий, глина и др.) – в м

, облицовочному декоративному

камню – в квадратных метрах.

В процессе добычи полезные ископаемые извлекаются либо в отно-

сительно чистом виде (например, нефть, природный газ, каченный уголь,

драгоценные камни и др.), либо в виде горной массы, которая в дальней-

шем подвергается переработке.

На суше добыча полезных ископаемых ведется открытым (карьеры,

разрезы) и подземным (шахты и штольни) способами, а также буровыми

скважинами; в акваториях – буровыми скважинами, драгами и специаль-

ными автономными подводными аппаратами (например, при сборе кон-

креций с морского дна).

Твердые полезные ископаемые разрабатываются на суше главным

образом открытым и подземным способами. Жидкие и газообразные по-

лезные ископаемые (нефть, рассолы, подземные воды, природный газ) до-

бываются с помощью буровых скважин. Ряд нефтяных месторождений

разрабатывается с помощью шахт, для выемки нефтенасыщенных песков

(«тяжелых» нефтей) используется открытый способ. Иногда применяется

комбинация способов добычи (открытого и подземного, шахтного и сква-

жинного). Выбор способа добычи полезных ископаемых определяется

горно-геологическим условиями залегания полезного ископаемого и эко-

номическими расчетами.

Открытая разработка месторождений полезных ископаемых осу-

ществляется с земной поверхности. Вскрытие месторождения при откры-

тых разработках начинается с горно-капитальных работ, обычно вклю-

чающих в себя проходку капитальных (въездных) траншей, обеспечи-

вающих доступ к полезному ископаемому, и разрезных траншей, подго-

тавливающих фронт вскрышных (удаление вскрышных пород, перекры-

вающих полезное ископаемое) и добычных работ. Благодаря более высо-

кой степени извлечения полезных ископаемых из недр, возможности дос-

тижения большой производственной мощности и увеличения производи-

тельности труда (в 5-8 раз), меньшей себестоимости добычи по сравнению

с подземным способом удельный вес открытого способа постоянно растет

во многих горнодобывающих отраслях. В настоящее время открытым

способом добывается более 75% минеральных ресурсов.

В зависимости от формы и положения залежи полезного ископаемо-

го относительно земной поверхности выделяются 4 основных вида от-

крытых разработок.

Разработки поверхностного вида характеризуются отработкой

вскрышных пород и продуктивной толщи сразу на полную мощность и

размещением вскрышных пород в выработанном пространстве карьера.

При разработках глубинного вида выемка вскрышных пород и полез-

ного ископаемого осуществляется слоями (горизонтами) в нисходящем

порядке. Разработке каждого горизонта предшествуют горно-

подготовительные работы (обычно проходка въездных и разрезных тран-

шей). Вскрышные породы при этом, как правило, размещаются во внеш-

них отвалах.

Для открытых разработок нагорного вида характерно перемещение

полезного ископаемого, а также вскрышных и вмещающих пород средст-

вами транспорта или по рудоскатам на низкие отметки соответственно к

перерабатывающим производствам и отвалам.

Нагорно-глубинный вид открытых разработок, характерный для ме-

сторождений со сложным рельефом поверхности, соединяет в себе черты

двух предыдущих видов.

Технология горных работ открытым способом включает следующие

производственные процессы:

1) подготовка скальных, полускальных или мерзлых горных пород к

выемке посредством их взрывания или механического рыхления;

2) выемочно-погрузочные работы – погрузка горной массы на транс-

порт;

3) транспортировка горной массы из забоев к промплощадке (полез-

ное ископаемое) или в отвалы (вскрыша; вмещающие и другие неконди-

ционные породы); используются в зависимости от конкретных условий

различные виды транспорта – железнодорожный, автомобильный, конвей-

ерный, скиповые подъемники, гидро- и пневмотранспорт, подвесные ка-

натные дороги;

4) отвалообразование – размещение вскрышных и некондиционных

пород в отвалах и их формирование.

Экономичная, безопасная и наиболее полная выемка полезных иско-

паемых с соблюдением мер по охране окружающей среды обеспечивается

оптимальным выбором системы разработки месторождения, под которой

понимается определенный порядок и способ производства вскрышных,

добычных и горно-подготовительных работ. Наиболее существенные раз-

личия в системах открытой разработки обусловлены способом удаления

вскрышных пород.

В подготовительный период в пределах карьерного поля ведутся ра-

боты по подготовке территории (вырубка леса, корчевка пней, отвод водо-

токов, осушение болот, перенос коммуникаций, возведение объектов про-

изводственной и бытовой инфраструктуры).

В период основного строительства проводятся горно-капитальные

работы, связанные со вскрытием месторождения, осуществляется проход-

ка дренажных и водоотводных выработок, ведется монтаж оборудования,

возводятся производственные здания и сооружения.

В эксплуатационный период производится весь комплекс горных ра-

бот, включающий в себя планомерную выемку и перемещение горных пород

и проведение по мере необходимости горно-подготовительных мероприя-

тий, связанных с удалением вскрышных пород и вскрытием очередных го-

ризонтов (при многоуступной системе разработки). Выбор горно-

транспортного оборудования зависит от природных (крепость горных пород,

форма и горно-геологические залегания полезного ископаемого, климат,

рельеф и т.п.), технологических (система разработки, схема вскрытия, режим

горных работ и др.), организационных (годовой и суточный режимы работ,

сроки строительства и др.), экономических (размер инвестиций, производи-

тельность труда, эксплуатационные расходы, себестоимость продукции

и т.п.). В зависимости от используемых комплексов горно-транспортного

оборудования различаются 3 основных вида технологии открытых разрабо-

ток полезных ископаемых: цикличная, циклично-поточная и поточная.

При цикличной технологии все основные процессы осуществляются

оборудованием цикличного действия – одноковшовыми экскаваторами,

фронтальными погрузчиками, колесным транспортом.

Циклично-поточная (поточно-цикличная) технология предусматри-

вает совместное применение оборудования цикличного и непрерывного

действия; например, одноковшовый экскаватор с конвейерным (поточ-

ным) транспортом или роторный экскаватор с железнодорожным транс-

портом. В последнем случае имеет место поточно-цикличная технология.

При поточной технологии в качестве основного горно-

транспортного оборудования используются машины непрерывного дейст-

вия – обычно роторные экскаваторы в сочетании с конвейерным транс-

портом.

Подземная разработка месторождений – добыча полезных иско-

паемых посредством системы подземных горных выработок. Несмотря на

общее возрастание доли открытого способа горных работ, подземная до-

быча полезных ископаемых все еще остается значительной. Этому спо-

собствуют достижения в области технологии и механизации горных ра-

бот, а также существенно меньшее воздействие подземных разработок на

окружающую среду по сравнению с открытым способом. Ограниченность

прироста запасов минеральных ресурсов вблизи земной поверхности спо-

собствует сохранению позиций подземного способа в мировой горнодо-

бывающей промышленности.

В период строительства горнодобывающих предприятий с подзем-

ным способом разработки месторождений ведутся горнокапитальные ра-

боты по сооружению стволов и других вскрывающих и подготовительных

горных выработок, возводятся промышленные здания, обогатительные

фабрики и объекты производственной и бытовой инфраструктуры, подго-

тавливаются один-два первых горизонта, обеспечивающие возможность

развития добычи на полную мощность.

Основные производственные (технологические) этапы подземной

разработки месторождений – подготовка фронта работ (подготовка шахт-

ного поля), отделение горных пород от массива и выдача их на транспорт-

ные выработки (так называемые очистные работы), транспортирование

горной массы на поверхность, размещение пустых пород в выработанном

пространстве или в отвалах.

Особое внимание при подземной разработке месторождений уделя-

ется обеспечению безопасности ведения горных работ. С этой целью в

обязательном порядке разрабатываются и планомерно реализуются орга-

низационные и технические мероприятия по созданию безопасных усло-

вий труда.

Перспективы подземного способа горных работ связаны с оптими-

зацией параметров систем подземных разработок и оборудования, приме-

нением поточных технологий, широким использованием автоматизиро-

ванных систем и совершенствованием методов управления, повышением

степени безопасности производственных процессов.

Особый вид горных работ представляет собой подводная добыча по-

лезных ископаемых, проводимая, в частности, в руслах и поймах рек, со

дна морей, озер и других водоемов. В этих случаях залежи расположены

ниже открытого уровня воды. Добыча полезных ископаемых в акваториях

осуществляется буровыми скважинами, драгами и специальными авто-

номными подводными аппаратами (например, при сборе конкреций с

морского дна). Наиболее широкое развитие получила в последние десяти-

летия разработка морских месторождений нефти и газа. Морской добы-

чей нефти и газа охвачены обширные территории Мирового океана, в оса-

дочной толще дна которого открыто более 1000 месторождений. Основ-

ные запасы нефти и газа и значительная часть их добычи приходятся на

континентальный шельф. В состав отдельных морских нефтегазовых про-

мыслов обычно входят одна или несколько платформ, с которых осущест-

вляется бурение эксплуатационных скважин; трудопроводы, соединяю-

щие платформу с берегом; береговые установки по переработке и хране-

нию нефти, погрузочные устройства. Относительно новым направлением

подводной добычи нефти является создание подводных эксплуатацион-

ных комплексов, на которых созданы нормальные атмосферные условия

работы операторов.

Техногенное воздействие на окружающую среду при эксплуата-

ции минеральных ресурсов

Экологически негативные последствия геологоразведочных работ

могут быть кратковременными и длительными. Наиболее существенными

из них являются:

- снижение плодородия почвенного покрова, возникающее после его

нарушения или загрязнения;

- вырубка или сжигание леса;

- загрязнение поверхностных и подземных вод, нарушение режима

подземных вод, вызванного интенсивной откачкой или перетеканием во-

ды из одного горизонта в другой;

- усиление экзогенных геологических процессов, таких как оползни,

солифлюкция, эрозия почв, засоление и др.;

- изменение свойств горных пород вследствие их непосредственного

разрушения или развития процессов выщелачивания, протаивания, изме-

нения сорбционной емкости или ионно-обменных свойств и др.

Наибольшие изменения в состоянии окружающей среды связаны с

открытыми разработками месторождений.

Нарушения природной среды под прямым воздействием открытых

разработок могут быть сведены к шести основным группам:

1) снятие растительного и почвенного покровов над карьерным по-

лем и на прилегающих территориях (промплощадка, коммуникации

и т.п.);

2) нарушение геологической структуры недр и трансформация рель-

ефа;

3) нарушение гидрологического и гидрогеологического режимов

местности, загрязнение поверхностных и подземных вод горюче-

смазочными и взрывчатыми веществами;

4) загрязнение атмосферы пылью и выбросами при работе обору-

дования;

5) сейсмические нарушения в результате взрывных работ;

6) шумовое и электромагнитное загрязнение окружающей среды.

Состав природных компонентов, подверженных прямому воздейст-

вию открытых разработок, ограничивается, таким образом, растительным

и почвенным покровами, водным режимом, рельефом и геологическим

фундаментом. Прямое воздействие открытых разработок распространяет-

ся обычно лишь на элементарные таксоны физико-географического рай-

онирования – фации и урочища.

Косвенное воздействие открытых разработок охватывает геосис-

темы более высокого таксономического уровня – вплоть до физико-

географических провинций. Косвенное воздействие на природную среду

со стороны горных выработок, как правило, возрастает в течение всего

периода развития зоны ПВ и достигает максимума обычно к моменту или

вскоре после завершения ПВ. В результате преобразований открытыми

горными работами положительных форм рельефа в отрицательные (при

извлечении пород из недр в определенных условиях) и, наоборот, при соз-

дании положительных форм на месте отрицательных или равнины (при

отсыпке отвалов) изменяется локальный характер таких естественных

процессов, как направленность поверхностного стока и гравитационное

перемещение материала. В глубоких карьерах формируется особый мик-

роклимат с проявлениями инверсий. Изменение водного режима на тер-

риториях, прилегающих к открытым разработкам, которое оказывает

влияние на процессы почвообразования, микроклимат и условия сущест-

вования биоты, происходит в результате пересечения горными выработ-

ками водоносных горизонтов и длительного откачивания воды из карьера

или затопления выработанного пространства после завершения горных

работ.

Проявления косвенного воздействия открытых разработок на окру-

жающую среду сводятся к следующим основным группам:

1) изменение гидрологического и гидрогеологического режимов

местности;

2) изменение скорости и направленности процессов рельефообра-

зования вследствие изменений местоположения базисов денудации, уси-

ления и развития экзодинамических процессов, таких как оползни, со-

лифлюкция, эрозия почв, засоление и т.п.;