Галузеві особливості природокористування

Введення

Сьогодні це може здаватися парадоксальним, але перші ідеї фізико-хімічних способів видобутку корисних копалин народилися, щонайменше, 6-8 століть назад [1]  - В епоху, як часто пишуть, «похмурого і неосвіченого »середньовіччя. Дивно, адже не було ще ні фізики, ні хімії в сучасному розумінні цих наук, а людина вже спробував добувати сіль і метал через свердловини, розчиняючи їх поклади прямо під землею і піднімаючи розсоли і розчини на поверхню.

З іншого боку, ще свіжа в пам'яті конференція з геотехнологіческім методам видобутку корисних копалин, де не тільки слухали і обговорювали результати найбільш цікавих досліджень, експериментів, випробувань, але намагалися точно визначити сам термін «геотехнологій», знайти основи її власної мови. Це Чи не свідчення молодості науково-технічного напрямку?

Які історичні обставини породили необхідність створення нової галузі гірничої науки і техніки на місці розрізнених ідей і спроб їх практичного використання? Щоб відповісти на це питання, потрібно хоча б побіжно нагадати деякі з основних проблем гірничодобувної промисловості, гірничої справи, на продукції якого грунтується майже сімдесят відсотків усього, що виробляє людство.

В Останнім часом багато пишуть про обмеженість мінеральних ресурсів Землі. З достатньою ступенем точності відомі геологічні запаси мінеральної сировини і палива в земній корі. Виявлено та промислові запаси, економічно доцільні для освоєння.

Разом з тим сьогодні можна, по суті, говорити про вибух потреби у мінеральному сировині і паливі. Вибуховий характер цей процес став набувати в основному тільки в останні тридцять років.

1. Галузеві особливості природокористування

До 1970 року на всій планеті було видобуто 7 мільярдів тонн умовного палива -- вугілля, нафти, газу. За прогнозами для 2010 року ця цифра зростає до 25 мільярдів. [2]

Наша країна, як відомо, забезпечена власними ресурсами всіх основних видів корисних копалин. У її надрах зосереджено більше половини світових запасів кам'яного вугілля, залізних і марганцевих руд, природного газу, різного гірничохімічної сировини.

В світовому господарстві масштаби залучення в господарський оборот корисних копалин у порівнянні з іншими видами природних ресурсів - земельних, лісових, водних - зростають набагато швидше. У нашому господарстві ця тенденція ще помітніше: зростання суспільного виробництва відбувається більш швидкими темпами.

Співвідношення між загальним обсягом видобутку і вмістом в ній корисного речовини неухильно змінюється, на жаль, в бік накопичення так званих відходів. Це змушує збільшувати обсяги видобутку, а значить, і ще більше відходів. Відходи, якщо вони залишаються такими, - нові гори відвалів, териконів, «хвостів» збагачувальних фабрик, рудничні стоки і стоки збагачувальних фабрик. Вони забирають десятки тисяч гектарів земельних угідь, забруднюють атмосферу і водойми. І вони ростуть, випереджаючи за масою корисні компоненти.

Відходи і втрати збільшують ентропію мінерально-сировинних ресурсів, їх марне розсіювання.

Але тут є і такий собі оптимістичний парадокс: під всезростаючої масі відходів відповідно все більше корисного, що підлягає утилізації.

Зменшення втрат та використання відходів - грандіозний резерв. Розрахунки показують: гірські виробництво може підвищити вихід продукції за рахунок більш раціонального використання корисних копалин приблизно на 20-25 відсотків. [3]

Вперше у світі на Качканарський гірничо-збагачувальному комбінаті залучені в переробку бідні руди, в них 16-17 відсотків заліза. [4]  Попутно стали витягувати найцінніший для народного господарства метал - ванадій. Оригінальний спосіб дозволив вдвічі збільшити вилучення рідкого металу.

Наступним етапом має бути витяг з тутешніх руд ще й титану, платини, паладію. А замкнеться цикл комплексної переробки виробництвом будівельних матеріалів з відходів збагачення. Кількість відходів та солідна будівельна база роблять реальним і економічно виправданим створення такого комплексного підприємства.

Безвідхідним підприємством в галузі чорної металургії РФ, на думку фахівців, може стати Ковдорекій гірничо-збагачувальний комбінат. Для цього є всі підстави. У комбінаті недавно, крім залізорудної, з'явилася апатитових збагачувальна фабрика.

Більше 120 підприємств кольорової металургії використовують промислові стоки в системах, оборотного водопостачання. [5]  Це найважливіший показник безвідходності і чистоти виробництва. Скидання навіть очищених стоків практично припинений на двадцяти двох підприємствах. Вода тут циркулює в повністю замкнутої системі.

Прикладом переходу до комплексного освоєння газових родовищ може служити Оренбурзьке. Тут, крім газу, вже витягують сірку, гелій і меркаптани.

Сьогоднішні успіхи в комплексному освоєнні мінерально-сировинних ресурсів ще тільки саме початок вирішення цієї найбільшої проблеми.

«Нічого немає корисніше гірничого мистецтва ... »- з цими словами знаменитого вченого XVI століття Георгія Агріколи і сьогодні важко сперечатися. Майже все зроблене руками людини - від шпильки до трактора і літака - у своєму первісному вигляді лежало під землею і звідти видобуто людьми, яких об'єднує слово «гірник». Але Агрікола ще додавав: «Горняку, крім того, не можна бути нетямущим і в багатьох інших мистецтвах і науках. Перш за все, у філософії, щоб він міг знати походження і природу підземного Миру, бо він завдяки цьому зможе знаходити легший і зручніший шлях до надр землі і отримувати з них більше рясні плоди ...»[ 6]

Сучасні шахти і кар'єри ведуть видобуток тільки в самій верхній частині земної кори. Глибинні багатства їм недоступні. Тверде корисна копалина сьогодні піднімають з надр у вигляді подрібнений кусковатой маси. Всі дорожче буде витяг цього «шматки», який містить неухильно меншу кількість корисного компонента. Витрати часом не компенсують навіть цінність отримуваного продукту ...

Нове напрям гірничої справи розширює наше традиційне поняття і про саме корисне викопному. Це вже не тільки чорні, кольорові та благородні метали, горючі копалини, а й тепло Землі у всіх його проявах, прісні підземні води, рідкісні і розсіяні елементи, сховані в геотермальних водах, корисні елементи з рудничних, нафтопромислових та інших промислових стоків.

Надзвичайно різноманітні об'єкти теплофізичні впливу - це сірка, важка нафта, бітум, озокерит.

Тут під землю йде гаряча вода, пара або електричний струм, а з свердловини на поверхню надходить розплав найцінніших продуктів. Іноді не виникає необхідності навіть в штучному носії тепла.

На Камчатці і островах Курильської гряди сірку можна виплавляти, використовуючи тепло Землі - наявні там гарячі підземні води і пара. Економічність такого способу не потребує коментаря. У два рази дешевше порівняно зі звичайним шахтним методом буде і підземна виплавка озокериту.

Забрати скарби надр, приховані сотнями метрів вічної мерзлоти, - ще одна істотна завдання свердловини гідровидобутку. Причому можна відтавати тільки золотоносний пласт, практично не порушуючи самої мерзлоти.

Можливість тонкого, селективного вилуговування корисних елементів повертає до життя навіть найбідніші родовища зі складною будовою, які, раніше вважалися повністю непридатними до відпрацювання.

В співдружності з мікробіологами розроблений біохімічний спосіб - бактеріальне вилуговування. Тут вже діють «живими», біологічно активними розчинами.

Виявилося, що інтенсивне окислення піриту йде переважно не звичайним хімічним шляхом, а мікробіологічними вилуговуванням, яке здійснюють, розвиваючи життєдіяльність, групи тіонових бактерій. [7]

Проведено перший напівпромислові випробування бактеріального вилуговування нікелю, міді та інших корисних компонентів з позабалансових, «непридатних» руд Кольського півострова.

Нарешті, термохімічних спосіб здійснюють підземна газифікація, сублімація вугілля і сланців. Ідея цього способу належить ще Д. І. Менделєєва, але в саме Останнім часом запропоновано нові привабливі варіанти.

Геотехнологіческіе методи відкривають принципово нові можливості: розробляти родовища з бідними рудами, кинуті або відпрацьовані звичайним способом ділянки родовищ. Навіть метал зі старих рудничних і кар'єрних відвалів економічно вигідно витягнути так званим купчастим вилуговуванням. Але ж ці відвали - вони вважалися практично порожніми - є на будь-якому гірському підприємстві.

геотехнологій розширює мінерально-сировинну базу і дбайливо, повно, фактично безвідходно витягує з надр корисні копалини.

Нова технологія зменшує ентропію Землі, її «розпилювання». Ні порушень поверхні Землі, немає пилу, шкідливих відходів, териконів і відвалів, відбирають великі площі земельних угідь. Нові способи нітрохи не порушують природного рівноваги навколишнього середовища. Мало того, витягуючи корисні елементи з промислових стоків, вони одночасно спрощують проблему очищення вод. Так вже в Казахстані витягають із стоків молібден.

геотехнологій вирішує і найважливішу соціальне завдання - повністю звільняє людину від підземної роботи.

Звичайно, не можна вважати, що геотехнологій вже прийшла на зміну традиційним шахтах і кар'єрів. Поки вона розширює області свого застосування, збільшуючи можливості гірничої промисловості, покращуючи її економіку.

2. Вугільні родовища та басейни

Запаси кам'яного і бурого вугілля на території нашої країни зосереджені в 25 вугільних басейнах, кількох великих вугленосних площах і більш ніж у 650 окремих родовищах. [8]

Загальні геологічні запаси копалин вугілля в Росії до глибини 1800 м (для кам'яних вугілля) і 600 м для бурих досягають 6800 млрд. т, в тому числі балансових 5730 млрд. т. З них 630 млрд. т складають запаси категорій А, В, C1, C2.

Коротка характеристика основних вугільних басейнів наведено в табл.1.

Розподіл загальних запасів вугілля по країні нерівномірно. Вугільні басейни в європейській частини країни знаходяться на стадії сталих обсягів видобутку або навіть її зниження (Підмосковний і частково Донецький басейни).

Вугільні басейни, розташовані в азіатській частині країни (Кузнецький, Кансько-Ачинський і Карагандинський), є основними перспективними районами розвитку вугільної промисловості. До числа малоосвоєних вугільних басейнів, що мають значну перспективу розвитку, відноситься Южно-Якутська вугільний басейн, що має запасами кам'яного вугілля цінних марок.

Загальним для всіх вугільних басейнів є збільшення глибини розробки. Діапазон виймаємо потужності пластів у найближчій перспективі не зазнає значних змін. За рахунок деякого зменшення частки пластів, що залягають під кутом 0-12 °, відбудеться збільшення питомої ваги пластів з кутом падіння до 12-18 °. [9]  Характерним для розробки пластів у основних вугільних басейнах є поступове зростання питомої ваги пластів з нестійкими й досить нестійкими покрівлями. Прогнозується значне збільшення частки розроблюваних пластів з газоносністю 15-25 м3/т у Кузбасі при збереженні існуючого стану з виїмкою газоносних пластів у Карагандинському і Печорському вугільних басейнах. [10] У цілому спостерігається тенденція погіршення гірничо-геологічних умов розробки родовищ.

Таблиця № 1

3. Геологія вугільного родовища

Під літосферою (грец. «лите» - камінь, «сфера» - куля, оболонка) розуміють земну кору й частину верхньої мантії Землі. Товщина земної кори становить від 7 до 80 км. [11]  Найбільша глибина залягання нижній межі земної кори характерна для континентальних ділянок, найменша - для території морів і океанів. На материках земна кора має досить витриману товщину 30-40 км. Земна кора складена різними мінералами і гірськими породами.

Мінерал - Природна хімічна сполука або елемент, однорідне за хімічним складом і будовою, що є продуктом геологічного процесу. Гірська порода - Стійка спільна асоціація мінералів, обумовлена спільністю їх походження, що виникає в результаті певних геологічних процесів і утворює геологічно самостійні тіла в земній корі. Гірські породи бувають пластичними (глина), крихкими (вугілля), сипучими (пісок), міцними (базальт), м'якими (торф) [12]

Розрізняють корінні гірські породи і наноси. Корінні гірські породи залягають на місці свого утворення, але можуть змінювати просторову орієнтацію в ході геологічних процесів. Відклади являють собою продукти руйнування корінних порід у результаті діяльності вітру, сонця, води, зміни температури навколишнього середовища; вони покривають рихлим шаром корінні породи і зазвичай залягають на поверхні. У деяких випадках корінні породи виходять безпосередньо на поверхню. Тому наноси можуть мати товщину від нуля до декількох сотень метрів.

За походженням (генезису) гірські породи поділяють на три групи: магматичні, осадові і метаморфічні. Магматичними називають такі породи, які утворилися після охолодження рідкої розплавленої магми. До них відносять граніти, базальти, габро та ін

осадовими вважають породи, що утворилися в результаті руйнування та накопичення інших порід, хімічного осадження розчинених у водоймах речовин та діяльності мікроорганізмів. Осадові породи підрозділяють на уламкові, хімічні та органічного походження.

Вугільні родовища зосереджені в осадових породах, які і представлені в основному пісковиками, вапняками, аргиллітами, алевролітами, глинистими, піщано-глинистими і вуглисті сланцями. Аргіліти - ущільнені і зцементовані в процесі геологічного зміни глинисті породи. Алевроліти - гірські породи, зцементовані з дрібних піщаних частинок розміром до 0,1 мм. [13]

Сланци - Гірські породи з майже паралельним розташуванням пластинчастих або витягнутих мінералів і легко поділені по площинах нашарування. До осадковим породам відносять також торф, нафта, тверді бітуми, горючі сланці, асфальт; в осадових породах міститься природний газ.

В вугільних родовищах процес діагенеза закінчувався утворенням бурого вугілля. Надалі відбувалася зміна його хімічного складу, фізичних і технологічних властивостей під впливом підвищених температур і тиску. У результаті з бурого утворився кам'яне вугілля, а з кам'яного вугілля антрацит. Процес зміни складу вугілля в надрах від бурого до антрациту називають його метаморфізму.

метаморфічними вважають ті з магматичних або осадових порід, які під дією високих температур і тиску змінили свій первісний склад і будова. До них відносять кварцити, гнейси, кристалічні (слюдяні) сланці, мармур та ін метаморфічних породах знаходять руди заліза, міді, вольфраму, рідкісних металів і ін [14]

Природний скупчення корисної копалини в земній корі називають родовищем корисного викопного. Часто буває, що в одному родовищі зосереджено кілька корисних копалин - кульгавий-нікелеві, мідно-цинкові, нафтогазові та ін Вугільний басейн - площа суцільного або острівної розвитку вугленосних відкладень, що характеризується спільністю умов утворення протягом одного геологічного відрізка часу. Вугільний басейн зазвичай приурочений до великої тектонічної структурі.

Вугленосні район - частина вугільного басейну, що відрізняється єдиними геологічними умовами залягання вугільних пластів.

Геолого-промисловий район - частина вугільного басейну, що характеризується не тільки єдиними геологічними умовами, але й спільністю економічних, географічних та історичних особливостей розвитку. Наведені визначення застосовні з відповідною поправкою до інших корисних копалин. Вугілля в надрах залягає у вигляді пластів, руди - у вигляді жил, лінз, гнізд, пластів, а горючі сланці, солі, торф - у вигляді шарів і лінз (рис. 1.1). Пласт - скупчення в надрах полізного викопного, обмежений двома близькими до паралельних площинами і має значну площа поширення в порівнянні з потужністю (товщиною накопичення). Група пластів, що залягають спільно у порядку їх генетичного освіти, чергуються з вміщають пустими породами і об'єднуються за єдиним геологічного ознакою (найчастіше - за віком), являє собою свиту пластів. Що вміщують породи і свита вугільних пластів разом утворюють вугленосних товщу. Вміщуючих порід, що залягають безпосередньо вище шару, називають покрівлею, нижче шару - грунтом. Пластообразное скупчення порожній однорідної породи або частину пласта називають шаром.

Якщо вугільний пласт складається з одного вугілля, він має просту будову. У більшості випадків пласт розділений прошарками - тонкими шарами порожньої породи - на вугільні пачки, і має складну будову. Кількість пачок у вугільних пластах коливається від одиниці до десятків і сотень. Площини, за якими окремі пласти або шари порід стикаються один з одним, називають площинами нашарування.

В процесі утворення вугільних пластів органічні опади відкладалися горизонтальними або слабо похилими шарами. Однак при розробці родовищ знаходять пласти і верстви різного кута нахилу до горизонтальної площині. Це пояснюється тим, що в ході діагенеза і метаморфізму, в надрах виникали тектонічні рухи, які призвели до порушень (дислокації) первісного залягання порід. Геологічні порушення розділяють на плікатівние (складчасті без розриву суцільності масиву) і діз'юнктівние (з розривом суцільності).

Рис. 1. Форма залягання корисних копалин у надрах:

а - Пласт; б - лінза; в - гніздо; г - жила

§ 3.1. Загальна характеристика властивостей і стану масиву

Властивість гірської породи - властиве їй якість, яка характеризує її структуру або реакцію на зовнішній вплив. [15]  Властивість може виражатися чисельним показником, тобто властивість має міру. У пошуку, розвідки, видобутку і збагачення корисних копалин найбільш широко використовують плотностние, колекторські, механічні, електричні, електромагнітні та акустичні властивості.

Плотностние властивості характеризують речовини в будь-якому обсязі. Їх використовують при обліку видобутку корисних копалин, у розрахунках транспортування вугілля і гірських порід, а також збагачення.

Знання механічних властивостей гірських порід дозволяє правильно вибрати технологію і засоби механізації процесів видобутку і збагачення корисних копалин. Від механічних властивостей гірських порід залежить вибір способу кріплення і управління покрівлею в очисному забої або проведення гірничої виробки.

Електричні властивості гірських порід використовують для розвідки корисних копалин. Для цього в розвідувальних свердловинах поміщають електроди й пропускають через них електричний струм. За його величиною розраховують питому електричну провідність гірської породи і по ній визначають тип гірської породи. Так отримують розріз гірських порід по свердловині. За вимірами в декількох свердловинах визначають структуру залягання пластів і порід на даному родовищі. Електричні властивості гірських порід використовують також при стимулюванні осушення водоносних шарів, відтаванні мерзлих порід на кар'єрах.

Електромагнітні властивості порід використовують для встановлення меж рудних тіл, порожнин скупчення соляного розчину, меж зон, небезпечних по гірським ударам. [16]

Акустичні властивості гірських порід використовують для визначення зон, небезпечних через раптові викидів вугілля і газу, стійкості ціликів, кордонів між вугільним пластом і вміщають породами, тріщинуватості і порушенні масиву.

Термічні (теплові) властивості впливають на теплообмін порід з шахтним повітрям, а, отже, на кліматичні умови в гірничих виробках. Вони використовуються в термічному бурінні свердловин на кар'єрах, під час підземної газифікації вугілля.

При розробки корисних копалин ті чи інші властивості гірських порід проявляються в поєднанні один з одним. Комплекс властивостей і технологія ведення гірничих робіт обумовлюють стан масиву гірських порід. У таких випадках говорять про прояві технологічних властивостей масиву.

Стан масиву гірських порід характеризується напругою, масами порід, води і газів, що містяться в одиниці об'єму гірських порід, і температурою. Напруга гірської породи - сила, яка діє на одиницю площі будь-якого перетину породи. Якщо сила спрямована перпендикулярно до розглянутої площині перерізу, то напруга називають нормальним. У випадку дії сили в площині перерізу напруга вважають дотичним.

Напруги в масиві виникають з різних причин. Основна з них - вага вищерозміщених порід. Сила, що викликається вагою вищерозміщених порід, називається гірським тиском. Напруження в масиві від дії ваги верхніх гірських порід на глибинах 800-1200 м сягають 20-30 МПа і більше. [17] Такі значні напруги обов'язково враховують при виборі технології ведення гірських робіт.

Напруги в масиві гірських порід формуються також у результаті тектонічних рухів земної кори, землетрусів, тиску газу і т. д.

На сучасних глибинах розробки тиск метану у вугільних пластах рідко перевищує 5-7 МПа. Найбільш високі тиску метану зареєстровані на шахтах Донбасу (12 МПа).

Тиск вуглекислого газу, що міститься у вугільних пластах шахт Підмосковного басейну та Східного Донбасу, менше, ніж тиск метану. Виміряні тиску вуглекислого газу в пластах не перевищують 3,5 МПа.

З збільшенням глибини залягання вугільних пластів їх температура зростає в законом, близьким до лінійного. У звичайних умовах, де відсутні термічні аномалії, температура гірських порід, починаючи з поясу постійних температур, які рівні середньорічним на поверхні, збільшується приблизно на 3 ° С через кожні 100 м глибини. Тому температура порід, наприклад, на глибині 1000 м досягає 38-42 ° С. Зміни температури порід створюють у них додаткові напруги. [18]

В процесі розробки стан вугільних пластів та вміщуючих порід змінюється -- перерозподіляються як напруги, так і маси порід, метану та води. Змінюються властивості і температура масиву навколо гірничих виробок.

§ 3.2. Зміни в надрах

Переважна більшість розроблюваних родовищ знаходиться поблизу земної поверхні, не більше ніж на 300-метровій глибині (в середньому). [19] Саме з цієї товщі земної кори людство довгий час витягають всі необхідне мінеральна сировина. Сьогодні ж потреби в ньому різко зросли: знадобилося не тільки більше сировини - потрібні були такі корисні копалини, в яких раніше не було потреби. Це змушує гірників йти у надра, залучати в розробку більш глибокі горизонти.

В Росії зараз більше сотні шахт видобувають вугілля з пластів, що лежать в 600 метрах від поверхні. А на шахтах Донецького басейну перший робочий горизонт розташований на глибині більше 1000 метрів. Приблизно того ж рівня досягли розробки на калійних рудниках в Білорусії. Робочі позначки деяких рудників Кривого Рогу - півтора кілометра. На стільки ж має опуститися руднику «Таймирського» Талнахско-Жовтневого родовища.

В середньому ж глибина гірничих робіт в РФ досягла 600 метрів. [20]

Інтенсивне проникнення в надра почалося в 50-х роках. Саме тоді гірники вперше відчули, що вони перестають бути повноправними господарями надр, що в деяких випадках вони не в змозі управляти підземними ситуаціями.

Особливо небезпечні гірські удари в рудних масивах Руда - міцний матеріал, довго протистоїть гірського духу і, коли він вивільняється, всю енергію передаємо підземним спорудам. Вугілля більш пластичний, він кілька гасить силу удару.

Загальний висновок: з глибиною надра ведуть себе інакше, ніж поблизу земної поверхні. У багатовікової гірській практиці стався перелом; далі не можна покладатися тільки на досвід, необхідно точніше вивчити підземний світ на глибинах більше 300 метрів. [21]  

В наші дні ситуація змінюється. На глибокі горизонти першими часто йдуть учені. Слідом за ними впевнено прямують в нові забої робочі бригади. Гірська наука гарантує їм спокійну роботу.

Не так давно інженер-гірник обходився невеликим набором формул для розрахунку підземних споруд. Сьогодні він залучає для тих же цілей теорію пружності, теорію пластичності, механіку суцільних і дискретних середовищ. Це допомагає йому впевнено освоювати глибокі горизонти, працювати на межі допустимих впливів на надра.

§ 3.3. Геотехнологій і природа

Проблема взаємини традиційних методів видобутку корисних копалин і навколишнього природного середовища стає з кожним роком все гостріше. [22] Вона всебічно обговорюється, досліджується фахівцями, її широко висвітлює періодична преса. Але навіть певні успіхи, досягнуті, скажімо, в рекультивації відібраних під гірські розробки земель, не можуть згладити наслідків традиційної практики гірничої справи для природного середовища. Більше того, зростає і шкоди народному господарству. Терикони і відвали, що виникають поблизу шахт і кар'єрів, відбирають щорічно десятки тисяч гектарів орних земель. Вітер легко руйнує ці штучні пагорби, забирає пил і шкідливі речовини на навколишні поля, в результаті знижується їх врожайність. Підземні гірничі виробки шахт, які часто поширюються на десятки кілометрів, ускладнюють, а часом і повністю виключають будівництво на поверхні Землі. Колосальні воронки сучасних кар'єрів - це не тільки чисто зовнішні рани, спотворюють землю. Вони ведуть іноді до серйозних змін гідрогеологічних умов великих районів, наприклад до зниження рівня підземних вод.

геотехнологій має в цьому сенсі чимало переваг. Якщо традиційні методи видобутку корисних копалин іноді уподібнюють хірургічного втручання в складний організм природи, то геотехнологіческіе методи порівнюють з терапією в медицині. Геотехнологій, ідучи з району родовища після його відпрацювання, не залишають практично ніяких видимих порушень поверхні землі, не руйнують родючих шарів грунту.

З іншого боку, немає ніяких підстав і ідеалізувати геотехнологіческіе методи з точки зору їх взаємини з навколишнім середовищем. Як і терапія в медицині, геотехнологій при невмілому, недостатньо продуманий застосуванні може обернутися багатьма небажаними наслідками. Над величезними підземними порожнечами, освіченими, скажімо, підземним розчиненням солей або виплавкою сірки, можливі деформації вищерозміщеного гірського масиву і просідання поверхні землі. Інструменти геотехнології теж досить агресивні - кислоти, луги, мікроорганізми. Ними можуть забруднюватися і поверхневі і підземні води. При геотехнологіческіх методи часом неминуче виділення шкідливих газів, які загрожують забрудненням атмосфери.

Але всі ці небажані наслідки, як показують дослідження і перший практика, переборні майже повністю, або їх можна звести до практично безпечного мінімуму.

геотехнологій ні в якому разі не виключає проблему охорони навколишнього середовища від тих чи інших забруднень, але вона переводить її на інший рівень у порівнянні з традиційною гірської технологією, ставить питання тонкого контролю та регулювання якості середовища: про характер і концентрації шкідливих викидів, прийнятному рівні впливу на навколишнє середовище в кожному конкретному випадку, про способи досягнення і збереження цього розрахункового рівня.

В Нині наукою і промисловістю накопичено чималий досвід у вирішенні питань регулювання якості середовища. Створено і створюються досить досконалі прилади контролю, що дозволяють оперативно і з високою точністю визначати концентрації шкідливих речовин, що з'являються в результаті промислових викидів в атмосфері, акваторіях і грунті. Розроблено питання економічної та технологічної доцільності різних варіантів управління якістю навколишнього середовища. Хоча в загальній оцінці заходів, спрямованих на зміну технологічних процесів з метою зменшення шкідливих викидів, немає ще об'єктивних даних про ціну запобігання шкоди. Важко в рублях і копійках виміряти збереження здоров'я людей, їх морального та естетичного стану.

Деякі шляхи вирішення проблеми охорони навколишнього середовища при геотехнологіческіх способах видобутку корисних копалин можна розглянути на Примері підземної виплавки сірки. Тут накопичено вже багаторічний досвід. У технології підземної виплавки виділяють два роду викидів. [23]  

Це організований викид, який пов'язаний з відкачуванням з водовідливних свердловин відпрацьованого теплоносія і в ряді випадків з відкачуванням пластових вод, які спочатку можуть перебувати в поклади. Відкачуваний води обов'язково надходять в очисні споруди. Тільки пройшовши установку очищення від сірководню, ставки-накопичувачі та особливі резервуари, де води розбавляють і контролюють вміст у них нормальної кількості солей і газів, вода скидається в ріки.

Неорганізований водовідлив виникає при порушенні технології процесу. Він також повинен враховуватися в розрахунку потужності очисних споруд.

Але очищення вод і подальший їх скидання в річки сьогодні вже не можуть вважатися достатніми для запобігання наслідків підземної виплавки. Для потужних підприємств вартість таких заходів стає занадто високою. Як показують дослідження і розрахунки, кращий спосіб регулювання якості середовища -- це повністю замкнутий водообігу. Причому такий спосіб виявляється ще найбільш вигідним з економічної точки зору. Сьогодні вже розроблено замкнена схема для виробництва теплоносія з пластових вод на потужному Язівського родовищі сірки. Відкачування пластових вод з водовідливних свердловин будуть вести в загальний колектор.

Геотехнологіческіе способи, як і традиційні, ведуть до утворення в надрах землі пустот. Але під багатьох випадках геотехнологіческое порушення структури гірського масиву практично не тягне за собою небезпеку просідання поверхні над відпрацьованої покладом. Наприклад, при вилуговування урану і рідкісних металів руда практично не змінює своєї пористості. Це відображає саме один з унікальних достоїнств геотехнології - можливість селективного вилучення елементів з руди, коли розчиненню піддані лише незначні в загальному обсязі рудного тіла мінерали. Розрахунки показують, що розчинення руд з вмістом корисного компонента 15-20 відсотків не викликає руйнування структури гірського масиву, щонайменше скільки-небудь помітного. [24]  При більшому обсязі розчинення вже можливо руйнування структури руди та її ущільнення. У цьому випадку виникає необхідність приймати особливі заходи щодо компенсації падіння гірського тиску в шарі. Це може бути досягнуто, наприклад, залишенням в шарі ціликів -- свого роду несучих колон, за закачування в пласт води. У випадку, коли під землею утворюються великі камери, вирішення проблеми може бути досягнуто найбільш вигідним способом - пристроєм підземних сховищ природного газу або нафти.

Небажані наслідки при геотехнологіческіх методи видобутку корисних копалин може також мати порушення балансу між подачею в надра робочих агентів і відкачуванням продукційних розчинів. На ступінь такого роду порушення може сильно впливати будову та склад навколишніх корисний пласт гірських порід. Як ми вже згадували, навколишні породи повинні бути по можливості малопроніцаеми для рідин і газів. Якщо ж природна проникність масиву все-таки велика, потрібно знайти спосіб герметизації підземної камери. Такі задачі виникають при підземному розчиненні солей, вилуговування металів, газифікації вугілля. Досить надійним способом запобігання витоку реагентів, відповідно до досліджень і експериментів, може бути більш інтенсивне відкачування флюїдів.

В Загалом фахівці вважають, що в переважній більшості випадків небажані явища, викликані застосуванням геотехнологіческіх способів видобутку корисних копалин, можуть бути усунені зовсім або небезпеку їх для природного рівноваги може бути зведена до мінімуму. При цьому геотехнологій зберігає всі свої переваги - з точк?? зору охорони навколишнього середовища - перед традиційними способами видобутку.

Висновок

геотехнологій привертає все більшу увагу вчених і практиків. Вже сьогодні розроблені геотехнологіческіе методи для видобутку 30 цінних елементів, Цими методами ведеться промисловий видобуток кам'яної та калійної солі, урану, міді і нікелю, самородної сірки і важкої нафти, бішофіту, фосфоритів. Методами геотехнології розробляють родовища кам'яного і бурого вугілля, йодо-бромистий підземних вод і підземних вод, що містять бор, літій, уран, родовища термальних вод. [25]  У стадії напівпромислового освоєння геотехнологіческімі методами знаходяться родовища соди і глауберової солі, марганцю, цинку, свинцю і золота, бітуму та озокериту, будівельного піску та гравію. Напівпромислові витягуються Цінні елементи з шахтних, рудничних і нафтопромислових стоків, а також зроблені перші спроби напівпромислові використання тепла сухих гірських порід.

Техніка, яка забезпечує видобуток корисних копалин цими методами, має ряд характерних особливостей. З одного боку, вона частіше за все не являє собою будь-якої абсолютної новинки. Свердловини зі звичайним для нафто і газопромислів обладнанням та бурові верстати, насоси, компресори, котли, парогенератори, хімічні апарати для виробництва реактивів, їх регенерації й очищення - все це знайомо по роботі в інших галузях виробництва. Але фізико-хімічні процеси геотехнологіческой видобутку йдуть в основному під землею. Тому геотехнологій народжує і зовсім нову, яка не має ніяких аналогів, своєрідну техніку - підземні хімічні реактори, газогенератори, теплові котли. Нарешті, розвиток геотехнологіческой видобутку вимагає значного зміни звичайної наземної техніки, наприклад створення специфічних погружних насосів для відкачування робочих розчинів, більш потужних генераторів струмів високої частоти для штучного прогріву поклади.

Сьогодні багато фахівців сходяться на думці, що у геотехнології великі дослідні та виробничі проблеми, а й велике майбутнє. Вже в найближчі п'ятирічки геотехнологій може виступити на рівноправних засадах з традиційними способами гірничої справи - підземної і відкритої видобутком корисних копалин. Далі - з огляду на її економічні, соціальні та екологічні переваги - як альтернатива шахтах і кар'єрах. [26]

Список літератури

1. Васючков Ю. Ф. Гірнича справа; Учеб. для технікумів .- М.: Недра, 2000

2. Друянов В. А. Надра - цех під землею. М. Знание, 1999

3. Ковальчук А. Б. Гірнича справа: Учеб. для технікумів. М.: Недра, 1991

4. Спиридонов Л. Л. геотехнологій. М. Знание, Нове в житті, науці, техніці. Сер. «Техніка», № 4, 1999

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://revolution.allbest.ru/

[1]  Спиридонов Л. Л. Геотехнологій. М. Знание, Нове в житті, науці, техніці. Сер. «Техніка», № 4, 1999 З 4

[2]  Спиридонов Л. Л. Геотехнологій. М. Знание, Нове в житті, науці, техніці. Сер. «Техніка», № 4, 1999 З 5

[3]  Спиридонов Л. Л. Геотехнологій.