Xreferat.com » Рефераты по экологии » Проблемы управления экологической ситуацией на горных территориях

Проблемы управления экологической ситуацией на горных территориях

грозному явлению природы и разработать превентивные мероприятия по снижению ущерба от оползней.

Промышленное и гражданское освоение горных склонов приводит к нарушению их естественного равновесия, вызывая увеличение сдвигающих сил и образование оползней в покровных образованиях. Нередки ситуации, когда на внешне устойчивом склоне через 10 - 15 лет после его освоения (прокладка линейных сооружений, строительство гражданских, промышленных и геотехнических объектов) на нем развиваются оползни, и нередко уже готовый объект приходится переносить на другое место. Это происходит по той причине, что на предварительном этапе проектирования данного объекта не были учтены такие геомеханические параметры склона и покровных образований на них, как напряженное состояние покровных образований, его изменение при сейсмических нагрузках и изменение свойств грунтов при повышении их влажности.

Каждый склон в своем развитии имеет определенные стадии деформирования. Неоползнеопасный склон в течение определенного промежутка времени под воздействием природных факторов проходит следующие этапы. Первый - это подготовка к формированию оползневого тела. В породном массиве склона с покровными образованиями происходит возрастание касательных напряжений, действующих параллельно поверхности скольжения и имеющих максимальные значения по контакту покровных образований с коренными породами. Одновременно увеличиваются и растягивающие напряжения, достигающие максимальных значений на дневной поверхности склона. Изменяются и прочностные характеристики грунта. В зоне концентрации растягивающих напряжений снижается сцепление грунтов, развиваются пластические деформации. При достижении растягивающими напряжениями в покровных образованиях значений, превышающих предел прочности при растяжении, происходит разрушение грунта и образование закольной трещины.

Второй этап развития оползневого процесса - это активизация формирования оползневого тела. В течение этого периода снижается сцепление на контакте покровных образований с коренными породами, начинают развиваться деформации ползучести и при достижении касательными напряжениями, действующими на этом контакте предела прочности грунтов при сдвиге, происходит смещение покровных образований по контакту и формирование оползневого тела с выраженной поверхностью скольжения. Далее происходит смещение оползневого тела. При этом если сдвигающие усилия превышают удерживающие, происходит активизация оползня и его смещение на более низкий гипсометрический уровень на склоне. Процесс оползнеобразования необратим, поэтому прогноз развития этого процесса является одной из наиболее важных проблем при освоении горных территорий.

В результате многолетних исследований оползневых процессов в Кыргызстане установлены основные природные признаки, при которых происходит формирование и развитие оползней. Выделены региональные и локальные признаки.1 К региональным признакам относятся геология, геоморфология, тектоника, современные тектонические движения, климат и сейсмичность территории. Установлены основные параметры этих факторов, при которых происходит активизация оползневых процессов. Геологическим признаком развития оползней на данной территории является распространение мезо-кайнозойских пород, причем коренные породы преимущественно мелового возраста перекрыты чехлом покровных образований. Геоморфологическим признаком развития оползней является высота склона над уровнем моря 1000 - 2500 м, северная или близкая к ней экспозиция склона, крутизна склона от 15 до 35 градусов. Мощность покровных образований должна быть больше 5 м. Наличие в строении склона краевого разлома, горстов, крыльев тектонических складок, водоносных разломов является тектоническими признаками оползневой опасности данной территории. Существенную роль в развитии оползневых процессов играет климат. Если в течение года выпадает осадков более 500 мм, то в сочетании с другими факторами это приводит к массовому формированию оползней в данном регионе.

К локальным признакам оползневой опасности отнесены те признаки, которые присущи конкретному склону. Это наличие следов палеооползней, так как до 70% оползней образуется на теле древних отложений. Высокое стояние грунтовых вод относительно поверхности скольжения оползня и его поднятие по 30 - 40 см. в сутки в течение 6 - 7 суток является гидрогеологическим признаком оползневой опасности данного склона. Свойства грунтов покровных образований - это основной фактор образования и развития оползня. Наличие в составе грунтов покровных образований более 50% глинистой фракции и при влажности грунта более 26% служит признаком активизации оползней. Одним из основных признаков оползневой опасности является геомеханическое состояние покровных образований на горных склонах.

В результате комплексных исследований установлено, что в покровных образованиях естественное напряженное состояние отличается от напряженного состояния массива коренных пород.2

В верхней части склона в покровных образованиях зарегистрирована область концентрации напряжений. Эта область, наличие которой характерно для склонов без явных признаков формирования оползней, имеет размеры, не превышающие 1/3 длины склона в его осевой части. Такие размеры области концентрации напряжений соответствуют устойчивому состоянию покровных образований на горном склоне. При отсутствии внешних воздействий на склон, линейные размеры области концентрации напряжений определяются длиной и крутизной склона, мощностью покровных образований, плотностными и прочностными свойствами грунта. Если размеры области концентрации равны половине длины склона по падению, то покровные отложения находятся в состоянии предельного равновесия и при влиянии таких природных факторов, как обильные осадки, повышение уровня грунтовых вод или землетрясения, на склоне сформируется оползень. В этой области основными напряжениями являются растягивающие. Сравнение величины предельного сопротивления грунта при сдвиге с действующими в покровных образованиях касательными напряжениями показало, что склон находится в устойчивом состоянии при условии, что касательные напряжения меньше сопротивления грунтов сдвигу в 2,5 - 3 раза. Нередки случаи, когда на склоне до его освоения не были выявлены признаки оползневой опасности, но при его освоении на нем стали образовываться закольные трещины. Зарегистрировано, что на таких участках линейные размеры зоны концентрации напряжений превышали половину длины склона, а прочность грунта была в 1,5 - 2,0 раза больше предела прочности при сдвиге. Появление закольных трещин на склоне свидетельствует о начале формирования оползня. На этой стадии развития оползневого процесса горизонтальные напряжения в покровных образованиях, действующие по створу склона, превышают напряжения, действующие вкрест падения. На склоне наблюдаются просадочные явления, и это соответствует переходу оползня в стадию подготовки к основному смещению. Трещины, имевшие только горизонтальные раскрытия, приобретают и вертикальное опускание, оформляется будущее оползневое тело.


Для оценки оползневой опасности введены четыре категории.

Первая категория - это склоны повышенной оползневой опасности. На поверхности таких склонов закольные трещины имеют горизонтальное раскрытие и вертикальные смещения. Горизонтальные напряжения по створу превышают напряжения вкрест створа. Максимальные значения горизонтальных напряжений приурочены к нижней части склона и превышают в 4 - 4,5 раза напряжения в верхней и нижних частях.

Вторая категория - на поверхности склона выявлены закольные трещины с горизонтальным раскрытием. Максимальные значения горизонтальных напряжений зарегистрированы в средней части склона и напряжения вкрест падения склона меньше, чем по падению.

Третья категория - это склоны потенциально оползнеопасные. На поверхности склона отсутствуют закольные трещины. Область концентрации напряжений составляет более половины длины склона в его осевой части.

Четвертая категория - это склоны неоползнеопасные. На поверхности таких склонов отсутствуют закольные трещины. Линейные размеры зоны концентрации напряжений не превышают 1/3 длины склона.

4.2 Опасности природно-техногенного характера в горнодобывающей промышленности.

Современное крупномасштабное техногенное воздействие на экологическою среду горных территорий Кыргызстана в процессах добычи и переработки полезных ископаемых, в том числе нефти и газа, стало одной из причин развития ряда опасных геологических процессов и явлений. К таковым можно отнести:

  • образование и накопление большого количества отходов горнорудного производства, заскладированных в отвалах, хвостохранилищах, шламонакопителях, отстойниках промышленных отходов, содержащихся в неудовлетворительном состоянии и размещённых в зоне воздействия опасных природных процессов (оползни, сели, землетрясения) с высокой вероятностью возникновения чрезвычайных ситуаций;

  • сдвижение и оседание массивов горных пород и деформации земной поверхности в зоне влияния шахт, рудников и карьеров, стимулирующие оползни, обвалы техногенного характера;

  • аварии на наземно-подземных объектах горнодобывающей промышленности вследствие активации геодинамических процессов регионального и локального масштаба (тектонические подвижки, обрушение выработанного подземного пространства, горные удары, газодинамические явления, эндогенные пожары);

  • криогенные физико-геологические процессы на высокогорных рудниках (термопросадочные явления, солифлюкция, морозное пучение), деградация ледников, которые могут вызвать сели гляционального происхождения, прорывы подпрудных морено-ледниковых озёр, пульсации ледников.

Отмеченные процессы и явления в геологической среде, стимулированные интенсивной и нерациональной хозяйственной деятельностью, осуществляющейся без учёта специфики легкоранимых горных экосистем, оказывают ощутимое экологическое влияние не только на геологическую среду, но и на и на атмосферу, гидросферу, биосферу и в целом на всю природу и жизнь общества. Об этом свидетельствуют сложная экологическая и социально-экономическая ситуация, сложившаяся в шахтёрских городках и посёлках Майлуу-Суу, Сумсар, Шекафтар, Ак-Тюз, Минкуш, Кан, Кок-Янгак, Сулюкта и др. Положение настолько критическое, что потребовались специальные меры со стороны правительственных органов для сохранения этих населённых пунктов.

Для обеспечения в дальнейшем их устойчивого развития необходима реализация комплекса мер, в том числе таких, которые обеспечат экологическую безопасность.


Общие сведения об отходах горнодобывающей промышленности.

В комплексе геоэкологических проблем, как доставшихся по «наследству» от советской горнорудной и металлургической промышленности, так и приобретённых в последние годы после развала СССР на первое место выдвигается проблема безопасного содержания большого количества отходов горного производства. Вследствие неэффективной и нерациональной переработки полезных ископаемых, имевших место в недалёком прошлом, образовались значительные по объёму отвалы отходов горных пород, некондиционных руд, металлургических шлаков, созданы хвостохранилища и шламонакопители, которые содержатся в неудовлетворительном состоянии. По этой причине они не только загрязняют окружающую природную среду, но и являются потенциально опасными источниками чрезвычайных ситуаций природно-техногенного характера.

Хвостохранилища представляют собой концентрированные массивы мелкодисперсных отходов производства, которые в зависимости от вида перерабатываемых руд содержат радионуклиды, вредные для здоровья соли тяжёлых металлов (кадмий, свинец, цинк), а также токсичные вещества, используемые в качестве реагентов при переработке и обогащении руд. К числу последних относятся цианиды, кислоты, силикаты, нитраты, сульфаты и т.п.

Занимая значительные площади (более 1000 га) хвостохранилища оказывают отрицательное влияние на состояние окружающей среды, как на стадии эксплуатации, так и на продолжительных отрезках времени после консервации хранилищ.

Негативное воздействие хвостохранилищ на окружающую среду в некоторых районах страны выражается в том, что из-за разрушения ограждающих дамб и упорных призм, глубокой водной и ветровой эрозии тел хвостохранилищ (особенно, незаконсервированных), недостаточной герметичности газо- и гидроизолирующих оболочек хвостохранилищ, неисправности дренажных систем и защитных сооружений, отсутствие надзора и контроля за состоянием этих потенциально опасных в экологическом отношении объектов. Некоторые из них стали, во-первых, источниками систематического загрязнения атмосферы, поверхностных и подземных вод, гидрографической сети радионуклидами, солями тяжёлых металлов и другими токсинами (п. Сумсар, пгт. Советский, г. Майлуу-Суу, Чаувай). Во-вторых, нарушена не только целостность, но и долговременная геомеханическая и сейсмическая устойчивость ряда хранилищ и ограждающих их дамб.

Наряду с хвостохранилищами на территории Кыргызстана накоплено огромное количество отвалов (Рис. 4) – механически раздробленных горных пород и некондиционных руд, в разной степени подверженных перемещению ветром, водой и гравитационными силами.

В отвалах «захоронено» свыше 500 мі горных пород и некондиционных руд и они занимают территорию около 1200 га.

Свыше 90% имеющихся отвалов не рекультивированы, что отрицательно сказывается на состоянии окружающей среды территорий, прилегающих к отвалам. Негативное влияние отвалов усугубляется тем, что в условиях стеснённого гористого рельефа большая часть отвалов размещены в поймах и руслах рек и ручьёв, в саях, на слабоустойчивых горных склонах.

В целом неблагоприятная экологическая ситуация с хвостохранилищами и отвалами на территории Кыргызстана усугубляется ещё и тем, что в силу недостатка пригодных площадей большинство из них разместилось на слабоустойчивых горных склонах, в зоне влияния активных тектонических нарушений и высокой сейсмичности а также в непосредственной близости к населённым пунктам. Повсеместно распространено неконтролируемое и несанкционированное изъятие материала отвалов, содержащих радиоактивные и токсичные элементы, для производственно-хозяйственных нужд, использование их в качестве строительных материалов. Отмеченные факторы, а также серьёзные ошибки и просчёты, допущенные на всех стадиях создания этих объектов. Начиная от выбора площадок проведения инженерно-геологических изысканий и кончая консервацией и надзором за их состоянием, стали причиной того, что большинство из них оказались в последние годы в зоне развития опасных природных, в первую очередь геологических процессов (землетрясения, оползни, сели, наводнения и др.). Эти процессы могут вызвать разрушение хвостохранилищ и отвалов с тяжёлыми катастрофическими последствиями для окружающей среды, объектов экономики и населения.

В Национальном плане по охране окружающей среды (НПО ОС), разработанном с привлечением иностранных специалистов под патронажем Всемирного банка, приводится характеристика наиболее проблемных с геоэкологической точки зрения объектов. В их число включены хранилища радиоактивных отходов в г. Мин-Куше, Кара-Балте; отходы переработки ртути и сурьмы в Хайдаркане, Кадамжае, Чаувае; редкоземельных металлов Орловке, Ак-Тюзе, Кичи-Кемине; золота в Казармане. Однако информация об указанных объектах в НПООС не детализирована таким образом, чтобы её можно было использовать для разработки конкретных рекомендаций и проектов по предотвращению чрезвычайных ситуаций и катастроф природно-техногенного характера. Кроме того, в НПООС отсутствует информация о наиболее опасных с геоэкологической точки зрения хвостохранилищах и отвалах РАО в г. Майлуу-Суу, пос. Шекафтар и отходов переработки полиметаллических руд в пос. Сумсар, Кан.


Радиационно-опасные отходы горнорудной промышленности.

Атомная промышленность в бывшем СССР создавалась в конце 40-х – начале 50-х годов и первоначально была ориентирована на выполнение военных программ. Именно в этот период на юге Кыргызстана, в горном обрамлении Ферганской долины, была начата разработка урановых руд в посёлках Шекафтар, Кызыл-Джар, Майлуу-Суу, а затем в Каджи-Сае, Минкуше. На базе наиболее крупного Майлуу-Суйского уранового месторождения, расположенного в среднем течении одноимённой реки, принадлежащей бассейну реки Нарын – Сыр-Дарья, были созданы первые предприятия по переработке урановых руд (Рис. 4).

За 22 года эксплуатации уранового месторождения Майлуу-Суу (с 1946 по 1968 гг.) было получено свыше 10 тыс. т. урана. Радиоактивные отходы, соответствующие этому количеству урана, а также отходы переработки уранового сырья, доставлявшиеся в г. Майлуу-Суу из восточной Германии (ГДР), Чехословакии, Болгарии, Китая, а также их Шекафтара и Табошара (Таджикистан) заскладированы в 23 хвостохранилищах и 13 отвалах забалансовых (некондиционных) руд.

Общий объём радиоактивных «хвостов» составляет 2 млн. мі или в массе – свыше 4 млн. т. По некоторым оценкам, суммарная активность хвостов в Майлуу-Суу достигает приблизительно 50 тыс. Кюри. Объём отходов, заскладированных в отвалах четырёх рудников, составляет около 1 млн. мі или приблизительно 2,5 млн. тонн.

Наряду с радионуклидами в хвостохранилищах содержатся тяжёлые металлы (свинец, молибден, ванадий), входившие в состав исходной руды, а также токсичные химические реагенты, применявшиеся при извлечении и обогащении оксида урана: серная кислота, окислы марганца, сульфаты аммония, мышьяк и др.

Из общего комплекса геоэкологических проблем в районе г. Майлуу-Суу в настоящее время в связи с активизацией экзогенных геологических процессов (ЭГП) на первое место выдвигается проблема деградации, а также потенциального разрушения хвостохранилищ и отвалов радиоактивных отходов (РАО) при землетрясениях, развитии и активизации оползневых и селевых процессов и явлений.1

Следует отметить, что негативное воздействие на дисгармонию природно-техногенного комплекса в районе г. Майлуу-Суу, повлиявшего на массовое образование оползней, оказали производственные объекты законсервированного горно-химического комбината. Расширение фронта и интенсивности горных работ, особенно в середине 50-х годов, оказало стимулирующее влияние на активизацию оползневых процессов. Строительство промплощадок рудников и перерабатывающих комплексов, создание хвостохранилищ и формирование отвалов, прокладка дорог и инженерных коммуникаций (ЛЭП, газо- и водопроводы) с пригрузкой и подрезкой горных склонов, осуществлявшееся без учёта их предрасположенности к оползневым проявлениям, подземные горные работы стимулировали развитие оползневых процессов. По состоянию на начало 1999 г. на территории города насчитывалось свыше 50 оползневых очагов различного типа и масштаба, представляющих собой серьёзную угрозу гражданским и промышленным объектам, в первую очередь хвостохранилищам РАО.

В силу особенностей сложного горного рельефа местности в районе Майлуу-Суу при развитии оползневых процессов отмечаются:

  • повышенная дальность перемещения оползневых масс, обусловленная большой крутизной склонов;

  • возможность повторных смещений старых оползневых тел и полуотчленённых массивов;

  • формирование многоступенчатых или цепных природно-техногенных катастроф типа: оползень, перекрытие русла или долины реки, подтопление, прорыв, катастрофический селевой поток.

Таким образом, основной причиной активизации оползневых процессов в г. Майлуу-Суу явилось сочетание неблагоприятных факторов: техногенная нарушенность горных склонов, как подземной, так и поверхностных их частей; крутосклонность рельефа; наличие зон тектонических нарушений; неглубокое залегание водоупорных слоёв; обильное выпадение осадков; высокая сейсмичность района.

Наряду с высокой вероятностью разрушения хвостохранилищ опасными экзогенными геологическими процессами существует ещё один путь попадания радионуклидов в воды реки – недостаточная герметичность ложа и дамб хвостохранилищ. Дело в том, что закладка хвостохранилищ в г. Майлуу-Суу осуществлялась в первые годы развития атомной промышленности в СССР (1948 – 1956 гг.), которые характеризовались серьёзной недооценкой опасности, связанной с радиоактивными отходами. По этим причинам выбор площадок под хранилища РАО, их проектирование, устройство и методы консервации не отвечали уровню связанной с ними геоэкологической опасности.

Основное количество радионуклидов в случае разрушения хвостохранилищ, а также из-за их недостаточной гидроизоляции попадает в воды р. Майлуу-Суу. По своему химическому составу эта вода относится к гидрокарбонатному типу, что благоприятствует миграции урана на большие расстояния по гидрографической сети – до 30 ч 80 км. Ионий (Th - 230) и радий в гидрокарбонатных водах не растворимы и поэтому они мигрируют вместе с донными осадками.

Наряду с хвостохранилищами на территории г. Майлуу-Суу, в пределах селе- и оползнеопасных зон, расположены отвалы радиоактивных пород и некондиционных руд, ранее отработанных подземных рудников Западного горнохимического комбината. Мощность зарегистрированной дозы гамма излучения на отвалах варьирует от 60 до 100 мкР/ч., достигая в отдельных локальных местах уровня 200 – 250 мкР/ч. Несмотря на наличие соответствующего проекта, рекультивация отвалов не была осуществлена, и в результате материал отвалов частично использовался для хозяйственных нужд.

Следует отметить, что места размещения хвостохранилищ и отвалов в бассейне р. Майлуу-Суу входят в район со значительной селеопасностью. Повторяемость селей в бассейне Майлуу-Суу составляет в среднем раз в 1,5 года. Расходы селевых потоков, которые по своему типу относятся к грязекаменным, колебались от 8,4 мі/с до 60 мі/с. Сели и паводки, проходящие в бассейне р. Майлуу-Суу, вызывают деформацию русел, подмыв хвостохранилищ, отвалов и вынос радиоактивных материалов через территорию города в Ферганскую долину.

Таким образом, основным поражающим фактором в случае дальнейшего развития и активизации опасных природно-техногенных процессов в районе г. Майлуу-Суу (оползни, сели, разрушение хвостохранилищ и отвалов) может стать радиоактивное загрязнение поймы реки Майлуу-Суу общей площадью до 50 кмІ с населением около 30 тыс. человек на территории Кыргызстана, и густонаселённых площадей на сопредельной территории Узбекистана.

Как уже отмечалось, добыча и переработка уранового сырья в Майлуу-Суу совпали по времени с начальным этапом развития атомной промышленности. Этот этап, как показывает анализ последствий деятельности подобных производств не только по СССР, но и в США, Восточной Германии, характеризовался серьёзной недооценкой экологической опасности, связанной с радиоактивностью добываемого и перерабатываемого сырья и его отходов, их влиянием на окружающую среду, здоровье горняков и населения, а также на жизненно важные ресурсы – в первую очередь водные. С позиций сегодняшнего дня видно, что были допущены серьёзные ошибки и просчёты при выборе мест закладки хранилищ радиоактивных отходов (РАО), методах проектирования, сооружения, эксплуатации и консервации, обслуживания и контроля.

Опасные приородно-техногенные процессы на высокогорных рудниках (на примере Кумторского рудника).

В последние годы из-за исчерпания запасов ряда полезных ископаемых, залегающих в благоприятных горно-геологических условиях, горнодобывающая промышленность во всём мире, в том числе и в Кыргызстане, вынуждена переходить к разработке месторождений во всё более сложных условиях. К таким месторождениям относятся осваиваемые в настоящее время золоторудные месторождения Кумтор (Рис. 2), Макмал (Рис. 8), Солтон-Сары, Джеруй, расположенные в труднодоступных высокогорных районах Тянь-Шаня. К примеру, месторождение Кумтор расположено в крупнейшем в Центральной Азии районе вечной мерзлоты и ледниковой системы Ак-Шийрак.

Районы разработки перечисленных выше крупных золоторудных месторождений характеризуются не только экстремальными природно-климатическими условиями высокогорья, но и повышенной по сравнению с другими регионами уязвимостью по отношению к техногенным воздействиям, особенно связанным с добычей и переработкой полезных ископаемых. В частности, высокогорные экосистемы характеризуются: низкими темпами восстановления нарушенного природного равновесия, ландшафта при техногенных воздействиях; замедленным распадом загрязнений и отходов; опасностью возникновения необратимых процессов и каскадных эффектов. К тому же в экстремальных условиях высокогорья воздействия на окружающую среду могут принимать кумулятивный характер, особенно в связи с изменением климата. Кумулятивные воздействия представляют собой нарастающие совокупным итогом протекающие совместно изменения в окружающей среде от множественных воздействий, мероприятий и проектов (строительство и эксплуатация рудников, дорог, жилых посёлков и т.д.), которые приводят к обострению экологической ситуации и повышают риск возникновения опасных природно-техногенных процессов. Как показывает практика деятельности горнодобывающих предприятий в Кыргызстане, чем более сложными природными и горно-геологическими условиями характеризуется месторождение, тем более острой и катастрофичной становится реакция геологической среды на техногенные воздействия1, тем большие изменения в окружающей среде вызывает его разработка.

Кроме того, в настоящее время в связи с привлечением к добыче и переработке руд крупных иностранных компаний и банков отмечается тенденция увеличения единичной мощности горнодобывающих предприятий. Это вызывается экономическими соображениями, в частности тем, что удельные капиталовложения, себестоимость и производительность на крупных предприятиях имеют лучшие показатели по сравнению с показателями средних и малых предприятий. В то же время, очевидно, что крупные горнодобывающие комплексы с их мощной инфраструктурой, масштабами вторжения в недра оказывают соответственно и более существенное влияние на окружающую среду, особенно в сложных природно-климатических условиях высокогорья, отличающихся не только наличием вечной мерзлоты, но и крупных ледников и снежников.

Само по себе наличие ледников, мерзлых грунтов и криогенных (мерзлотных) явлений (солифлюкции, термокарста, курумов, каменных глетчеров и т.д.), связанных с промерзанием-оттаиванием, являются скорее показателями сложности, а не опасности территории. Тем не менее, в процессе техногенных воздействий повреждение многолетнемёрзлых грунтов и пород, различные по природе нагрузки на ледники могут приводить не только к необратимым отрицательным долгосрочным экологическим последствиям, но и к развитию и интенсификации опасных природно-техногенных процессов: обрушению курумов, каменных глетчеров, в том числе отвалов, внезапным их подвижкам или резкому изменению скоростей солифлюкции, опасным ледниковым процессам (внезапные подвижки ледников, прорывам моренно-ледниковых озёр, гляциальным селям и т.п.).

Распространённость, типы и потенциальную опасность таких мерзлотных и ледниковых процессов и явлений рассмотрим на примере Кумторского золоторудного месторождения, эксплуатация которого совместными усилиями кыргызско-канадского предприятия «Кумтор оперейтинг компани» начата в 1997г.

Отличительной особенностью этого месторождения является то, что оно расположено в сложных геолого-географических и суровых природно-климатических условиях высокогорья, на высотах 3,7-4,1 тыс. км. н. у. м. Рудное тело и зона минерализации частично перекрыты языками ледников «Лысый» и «Петрова». Комплекс инженерных сооружений Кумторского рудника (Рис. 2), включающий объекты с высоким потенциалом геоэкологического риска – карьер, накопители и отвалы пустой породы и забалансовой руды, обогатительную фабрику, хвостохранилище и очистные сооружения, размещён в зоне вечной мерзлоты, у истоков водной системы рек Арабель-Кумтор-Тарагай, т.е. в районе, где зарождается и формируется ледниковый и речной сток важнейшей водной артерии Центральной Азии – реки Нарын – Сырдарья. Сейсмичность района составляет 8 баллов по шкале Рихтера с повторяемостью таких землетрясений 1-2 раза в 1000 лет.

На первом этапе добыча руды ведётся открытым способом с применением для отбойки, разрушения и экскавации горных пород буро-взрывных работ, которые являются мощным источником техногенного воздействия на окружающую среду. При извлечении золота на обогатительной фабрике используется ядовитые цианосодержащие и другие потенциально токсичные реагенты. Суммарное производство золота при полной отработке карьера на глубину 545 м. в течение 11 лет составит 170 тонн. Объём хвостохранилища, в котором будут складироваться отходы переработки и обогащения руды, составит свыше 100 млн. мі. Для сравнения отметим, что суммарный объём 45 хвостохранилищ всех законсервированных и действующих предприятий по переработке минерального сырья в Кыргызстане едва превышает 70 млн. мі.

Анализ последствий техногенного воздействия на уязвимую среду горных экосистем в процессе добычи и переработки минерального сырья в перечисленных горнопромышленных районов свидетельствует о том, что на всех этапах: проектирования, сооружения, эксплуатации и рекультивации большинства объектов были допущены серьёзные ошибки и просчёты, которые стали причиной необратимой деградации окружающей среды в локальном и региональном масштабах, стимулировали развитие и активизацию широкого спектра опасных природно-техногенных катастрофических процессов.

Во избежание подобных ошибок при освоении месторождений в ещё более сложных и суровых условий высокогорья необходимо, чтобы инженерная деятельность по освоению минеральных ресурсов осуществлялась на основе детального анализа всех природных и техногенных факторов, с учётом динамики возможного изменения природно-климатических условий.

В этой связи ещё на стадии разработки технико-экономического обоснования и проектирования были выполнены работы по обследованию территории рудника Кумтор с целью определения характера распространения различных экзогенных геологических процессов и оценка их опасного воздействия (риска) на объекты и персонал рудника. Всего на территории рудника Кумтор выделено 16 видов ЭГП. По степени опасности и по характеру развития эти процессы разделяются на две основные группы:

  1. ЭГП внезапного и быстропротекающего характера: обваливание снега и льда, водоснежные потоки, грязевые и грязекаменные потоки, обвалы и осыпи горных пород.

  2. ЭГП с медленным и длительным характером развития: крип, солифлюкция, склоновый смыв, оползания, флювиально-гляциальные и моренно-ледниковые процессы, термокарст.

Процессы первой группы в силу своей внезапности и быстротечности представляют опасность не только для инженерных сооружений, но и для людей, персонала промобъектов рудника, Природные процессы второй группы не представляют опасности для людей, но могут оказать негативное воздействие на долговременную и безопасную эксплуатацию инженерных сооружений.

С учётом указанных ЭГП были осуществлены мероприятия по выбору подходящих площадок для тех или иных сооружений, рудника и их дальнейшему проектированию и строительству.

За 2 года эксплуатации рудника Кумтор, несмотря на все принимаемые меры, предотвращающие развитие опасных экзогенных геологических процессов и направленные на снижение угрозы и смягчения последствий возможных стихийных бедствий, отмечено появление первых признаков неблагоприятных природно-техногенных процессов.

К их числу относятся:

  • деградация вечной мерзлоты и связанные с ней процессы фильтрации вод, термопросадки, термоэрозии в зоне влияния отводного канала реки Арабель, проложенного в обход хвостохранилища;

  • активизация процессов термокарста на дамбе моренно-ледникового происхождения, ограждающей прорывоопасное озеро Петрова, расположенное выше хвостохранилища;

  • процессы солифлюкции и оплывания на участках горных склонов, подрезанных технологической дорогой и пульпопроводом, по которому транспортируются хвосты золотоизвлекательной фабрики;

  • изменение режима ледников Давыдова и Лысый за счёт складирования на них отвальных пород.

В связи с тем, что эти потенциально опасные природно-техногенные процессы могут отрицательно сказаться на долговременной устойчивости хвостохранилища и других объектов рудника, были проведены научно-исследовательские и изыскательские работы по выявлению причин развития этих процессов, оценки риска возникновения чрезвычайных ситуаций и разработке рекомендаций по их предотвращению.


Хвостохранилище – оценка риска и уязвимости.

Огромное по объёму (110 млн. мі) и уникальное по условиям эксплуатации хвостохранилище высокогорного Кумторского рудника относится к гидротехническим сооружениям овражно-балочного типа. Для складирования «хвостов», на 45% состоящих из твёрдых частиц, выбрана площадка в долине реки Арабель с сооружением ограждающей пионерной дамбы из аллювиального материала, перекрывающей русло и долину реки (Рис. 2). Для предотвращения инфильтрации хвостовых вод дамба и ложе хвостохранилища покрываются синтетической плёнкой. Кроме того, по заверениям проектировщиков естественным препятствием для проникновения жидких фракций хвостов в почву и подземные воды служит слой вечной мерзлоты мощностью от 100 до 200 м, залегающий в 1-1,5 м от поверхности.

Для предотвращения прорыва дамбы с последующим загрязнением цианидами реки Нарын расчёт её устойчивости в стадии ТЭО произведён с учётом вероятности землетрясения с магнитудой 7,4 по шкале Рихтера. Для отвода вод реки Арабель в обход хвостохранилища сооружён руслоотвод и, кроме того, для отвода поверхностных вод с северной и западной стороны предусмотрено сооружение отводных каналов. В качестве защитной меры ниже пионерной дамбы предусмотрен коллектор для сбора фильтрационных вод, а также поверхностного стока в районе дамбы.

При размещении хвостов, а также при наращивании гребней намывной дамбы и хвостового материала для того, чтоб предотвратить инфильтрацию токсичных хвостовых вод. В связи с избранным проектировщиками подходом максимального сохранения в районе хвостохранилища существующих мерзлотных условий и технологий промораживания дамбы и хвостов, чрезвычайно важно ещё раз оценить долговременную устойчивость дамбы и самого хвостохранилища с учётом возможного потепления и увлажнения климата, а также значительного увеличения высоты дамбы для наращивания ёмкости хвостохранилища до 110 млн. мі.

В целях обеспечения долговременной устойчивости всего комплекса сооружений хвостохранилища на Кумторском руднике в ходе его наполнения контролируется характер изменения прочностных, деформационных, фильтрационных свойств и теплофизического режима грунтов оснований дамбы и хвостов в процессе их замерзания и оттаивания. Контрольные наблюдения, которые являются составной частью существующей программы мониторинга, должны включать в себя: режимные наблюдения за деформациями ограждающей дамбы, оснований и бортов хранилища; наблюдения за фильтрацией в теле и основании сооружения; мерзлотный контроль и наблюдения за температурным режимом хвостохранилища; определение геотехнических параметров складируемых хвостов; систематический контроль за технологией складирования и качеством укладки хвостов. Для проведения указанных наблюдений комплекс сооружений хвостохранилища оснащён соответствующей аппаратурой, программой и методикой проведения контрольно-измерительных процедур.

Таким образом, основные цели и задачи режимных наблюдений за состоянием хвостохранилища заключаются в фиксировании динамики состояния сооружения и заблаговременном назначении инженерных мер по предупреждению аварийных ситуаций и загрязнения окружающей среды.

Для обеспечения безаварийной эксплуатации хвостохранилища и его содержания после закрытия рудника, принимая во внимание значительное увеличение его ёмкости и прогнозные оценки климатологов о предстоящем изменении климатических условий, представляется целесообразным предусмотреть выполаживание внешнего откоса ограждающей дамбы.


Отводной канал реки Арабель.

Отводной канал сооружён в 1996 году для отвода реки Арабель в обход хвостохранилища (Рис. 2). Выполнение комплекса работ, связанных с прокладкой отводного канала, технологической доки дороги, разрушением почвенно-растительного слоя в зоне прокладки канала и его насыпи привели, во-первых, к изменению гидрологического режима реки Арабель и временных водотоков, впадающих в неё. Во-вторых, указанные строительно-эксплуатационные работы привели к изменению термического режима грунтов и вечной мерзлоты (оттаиванию) в пределах канала и прилегающих к нему участков.

Главными неблагоприятными последствиями указанных процессов стали:

  • фильтрация воды из канала на нижележащие участки, особенно в местах пересечения каналом временных водотоков и ручьёв, стекающих с расположенных выше канала озёр и горных склонов;

  • боковая и донная термоэрозия склонов, приведшая к оползневым явлениям и заиливанию канала.

Отмеченные процессы, особенно интенсивное просачивание вод из канала в долговременной перспективе в сочетании с дальнейшим протаиванием грунтов могут привести к разрушению ограждающей дамбы канала и поступлению воды реки Арабель на нижележащие участки склонов, являющиеся западным бортом хвостохранилища, что

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Нужна помощь в написании работы?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.

Похожие рефераты: