Оценка экологической опасности массовых взрывов в карьерах

3

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ В КАРЬЕРАХ

Т.И. Долгова

Национальный горный университет, Днепропетровск

Annotation

T.I. Dolgova

ESTIMATION OF blasting operations' ECOLOGICAL DANGER IN OPEN EXCAVATIONS

National mining university, Dniepropetrovsk, Ukraine

It has been carried on an estimation of ecological danger of dust-throws during drilling-blasting operations in the time of mining. On the example of Krivoy Rog iron-ore field

Известно, что горнодобывающие предприятия относятся к той категории производств, которые в процессе своей деятельности подвергают техногенному преобразованию различные объекты окружающей среды [1,2]. Особенно много экологических проблем связывают с техногенной перестройкой почв, от которых, как известно, зависит устойчивость биосферы в целом [3]. Между тем, деградация данных экосистем является одним из наиболее распространенных последствий функционирования горных предприятий [2]. Поэтому вопросы экологической безопасности почвенного покрова во время добычи и переработки полезных ископаемых стоят наиболее остро и требуют решения многих задач. Одной из таких задач является анализ экологического влияния буро-взрывных работ, проводимых при открытой добыче полезных ископаемых, на состояние почвенных ценозов, которые оказываются под воздействием данного фактора техногенеза, чему и посвящена эта статья.

Известно, что горнодобывающие предприятия являются крупнейшими потребителями взрывчатых веществ (ВВ) не только в Приднепровском регионе, но и по Украине в целом. Причем до недавнего времени при разработке месторождений полезных ископаемых (особенно открытым способом) практически всюду использовались взрывчатые вещества на основе тротила, хотя их применение в гражданских целях уже давно запрещено почти во всем мире, т.к. тринитротолуол признан высоко опасным соединением [5].

Это утверждение аргументируется, в частности, тем, что применение указанных ВВ негативно влияет на все объекты природы, так как проведение взрывов с их участием сопровождается выбросом в атмосферу существенных количеств пыли (особенно при взрывах без пылеподавления), сажистых продуктов, а также оксидов углерода и азота, каждый из которых может быть экологически опасным. Так, например, только лишь оксиды, поступающие в атмосферу, обеспечивают основу и для фотохимического смога, и для кислотной седиментации. А кислотные дожди, в свою очередь, обуславливают трансформацию окислительно-восстановительных условий в почвах, активизацию миграционной активности содержащихся в них токсичных соединений, а также формирование кислотных геохимических барьеров.

Так, например, только в Кривбассе весь объем взрывных работ практически до последних лет осуществлялся с использованием тротила и тротилсодержащих ВВ (акватола Т-20Г, граммонита 79/21 и др.). По данным ОАО ППП «Кривбассвзрывпром» только за период с 1991 по 2001 гг. на карьерах Криворожского железорудного бассейна было израсходовано около 500 тыс. тонн перечисленных выше взрывчатых веществ, что составило в среднем более 7 тыс. тонн в год на каждый из действующих карьеров (таблица 1).

Изучение характера перемещения пылегазовых выбросов, образуемых при взрывах, проведенное по [4], позволило установить, что облако пыли, формируемое при этом, уже на расстоянии 600 м от эпицентра взрыва на 80% состоит из мелкодисперсных частиц. Следовательно, за пределы санитарно-защитных зон поступают, в основном, переизмельченные компоненты, которые, как известно, переносят тяжелые металлы (ТМ), содержащиеся во взрываемой породе [6], а потому экологически более опасны, чем ее крупные фракции.

Расчеты концентрации пыли на расстоянии от 100 до 20 000 м от места проведения взрывов в карьерах всех ГОКов Кривбасса продемонстрировали, что пыль образуемого при этом пылегазового облака распространяется на территорию, площадь которой условно можно принять за круг, радиус которого ограничен ее конечным поступлением в почву на уровне 1 ПДК. Таким способом было установлено, что для ОАО ЦГОК радиус этой зоны равен 7,5 км, ОАО СевГОК1 - 11 км, ОАО СевГОК2 - 10 км, НКГОК - 11 км, ОАО ЮГОК - 16 км и ОАО ИнГОК - 19 км (рисунок 1). Но поскольку преобладающее направление ветра в этом районе - северное и южное [7], то основное количество взрывов вызывает преимущественное загрязнение почв именно этих направлений (таблица 2). Приведенная ниже таблица, а также данные, которые были представлены ОАО ППП «Кривбассвзрывпром», позволили определить не только параметры зон влияния взрывов в каждом конкретном случае, но и общее количество образуемой при этом пыли (таблица 3).

Таблица 1- Количество взрывчатых веществ (т), используемых на предприятиях Кривбасса при проведении массовых взрывов в карьерах

Примечания (здесь и далее): ОАО СевГОК1 - Анновский карьер СевГОКа; ОАО СевГОК2 - Первомайский карьер СевГОКа

Рисунок 1 - Зоны аэрогенного загрязнения почв при взрывах на ГОКах Кривбасса: 1 - зона загрязнения, 2 - зона максимального загрязнения с учетом розы ветров, 3 - наложение зон загрязнения рядом расположенных карьеров

Проведенные расчеты позволили также установить факт неравномерного распределения выбрасываемой при взрыве пыли (а также ТМ, переносимых этой пылью) на установленной территории, что, конечно же, обусловлено не только метеоусловиями во время его проведения, но и степенью дисперсности выпадающих частиц (рисунок 2). Из полученных данных, представленных на этом рисунке, видно, что на каждый 1 км² зоны влияния взрыва (за вычетом площади по центру с радиусом в 600 м, где выпадают крупнодисперсные частицы, не сорбирующие ТМ) ежегодно (в среднем) поступает 145,76 г ТМ. Но поскольку общая картина распределения этих компонентов в пределах всей зоны носит нелинейный характер, то легко рассчитать максимум этого выпадения, который, как было установлено, приходится на подзону, радиус которой составляет 4,5 км, где выпадает почти 64% сорбируемых элементов.

Рисунок 2 - Характер распределение пыли и тяжелых металлов по площади зоны влияния пылегазового облака (на примере Первомайского карьера ОАО СевГОК)

Полученные данные, а также тот факт, что сформированное при взрыве и распространяемое за пределы санитарно-защитной зоны пылегазовое облако содержит, в основном, мелкодисперсные фракции пыли [4], которые, как уже было отмечено, сорбируют ТМ (с коэффициентами сорбции в соответствие с [6]), позволили рассчитать количество указанных компонентов, поступающих в этой ситуации с пылью в почвы прилегающих ландшафтов (таблица 4).

Таблица 4 - Количество ТМ, сорбированных и переносимых пылью пылегазового облака при проведении массовых взрывов в карьерах Кривбасса (кг/год)

Однако экологическая опасность создаваемой ситуации состоит не только в количестве загрязнителей, поступающих при взрыве в органогенный слой почвенного профиля, но и в залповом характере их выпадения, в силу чего почвы не в состоянии справиться с их объемами, что делает подобное загрязнение более серьезным, чем поступление такого же количества подобных компонентов, но постепенно. Поэтому общее количество загрязнителей (в т.ч. ТМ) в почвах Кривбасса растет из года в год, даже вопреки их вымыванию за счет вторичного гидроморфизма последних. А это значит, что проведение массовых взрывов с применением традиционных технологий грозит в перспективе, как минимум, формированием полиэлементных аномалий в зонах их влияния, а, как максимум - гибелью почвенных экосистем из-за их деструктуризации и перестройки режимов.

Следует также остановиться на таком факте, как поступление переизмельченной пыли за пределы выявленной зоны влияния взрыва, поскольку при расчетах в соответствие с [4] не учитывается ее выпадение в количестве менее 1 ПДК, хотя общая масса такой пыли достаточно существенна. Так, например, только в Первомайском карьере ОАО СевГОК в пределы измеряемой зоны поступает 2465,938 кг мелкодисперсной пыли и 449,740 кг крупнодисперсных элементов из 4318,59 кг общего количества пыли, которое формирует пылегазовое облако, образуемое при проведении «усредненного» взрыва. Причем крупнодисперсные компоненты выпадают в пределах 600-метрового «эпицентра» этого взрыва. А это значит, что за пределы зоны контроля попадает 1402,912 кг наиболее переизмельченной пыли, которая содержит 389,02 г тяжелых металлов, что составляет 13,227 кг за год или 36,26% от общего количества сорбируемых при взрыве ТМ. Конечно, эта пыль в меньшей степени вредит почвам (хотя и формирует так называемый региональный фон), а в большей - биоте, особенно фитоценозам и людям, попавшим под ее влияние. К сожалению, точный радиус этих экологически опасных эффектов выявить практически невозможно, т.к. подобные фракции пыли могут мигрировать с аэрогенными потоками весьма продолжительное время и на значительное расстояние от источников их образования [6].

Полученные данные, а также другие материалы, посвященные этому вопросу [8], позволяют представить алгоритм развития экологических последствий пылевыделения при проведении массовых взрывов: взрывы в карьерах являются причиной переуплотнения почв за счет выпадения мелкодисперсных компонентов (пыли и сажистых продуктов), а также накопления ТМ переуплотнение почв приводит к их деструктуризации, физической, а затем и функциональной дегумификации, ухудшению водно-воздушного режима, а также угнетению биологической активности, которое усиливается тяжелыми металлами ухудшение параметров и режимов почв при снижении активности их биоты приводит к резкому снижению адаптационных способностей почвенных экосистем снижение адаптационных способностей почв служит причиной сужения пределов их инвариантности с последующим развитием деградационных явлений. А это значит, что массовые взрывы являются не просто причиной периодического снижения качества почвенных систем, а служат пусковым механизмом негативных изменений их параметров и режимов, которые могут привести к ретроэволюции почвенных ценозов, оказавшихся в пределах их влияния. Теоретической основой данного вывода является то, что все почвенные характеристики тесно взаимосвязаны, поэтому изменение даже одной из них приводит к дестабилизации остальных, причем наиболее сильно и практически моментально все они откликаются даже на незначительную перестройку структурного состояния, что практически всегда имеет место при массовых взрывах в карьерах во время добыче полезных ископаемых.

Таким образом, экологическая опасность проведения массовых взрывов в карьерах с применением ВВ на основе тринитротолуола состоит в том, что они являются одной из прямых причин негативной трансформации ведущих характеристик почв широкого спектра, приводящей к снижению их способности к самовосстановлению, существенному изменению параметров и падению экологической устойчивости, что, в свою очередь, становятся пусковым механизмом не только ретроэволюции, но и деградации данных экосистем.

экологический взрыв карьер почва

Перечень ссылок

1. Экология горного производства / Г.Г. Мирзаев, Б.А. Иванов, Н.А. Щербаков и др. / Под ред. Г.Г. Мирзаева и др. - М.: Недра, 1991. - 320 с.

2. Барсуков М.И., Барсуков И.М. Охрана земель при открытой разработке месторождений. - К.: Техника, 1987. - 150 с.

3. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. - М.: Наука, 1990. - 260 с.

4. Проблемы экологии массовых взрывов в карьерах / Э.И. Ефремов, П.В. Бересневич, В.Д. Петренко и др. / Под ред. Э.И. Ефремова и др. - Днепропетровск: Січ, 1996. - 179 с.

5. Кук М.А. Наука о промышленных взрывчатых веществах. - М.: Недра, 1980. - 453 с.

6. Добровольский В.В. Высокодисперсные частицы почв как фактор массопереноса тяжелых металлов в биосфере // Почвоведение. - 1999. - № 11. - С. 1309-1317.

7. Досвід комплексної оцінки та картографування факторів техногенного впливу на природне середовище міст Кривого Рогу та Дніпродзержинська / І.Д. Багрій, А.М. Білоус, Ю.Г. Вилкул та ін. / Під ред. В.М. Палій. - К.: Фенікс, 2000. - 109 с.

8. Долгова Т.И. Преобразование почвенных систем в Приднепровском регионе в результате применения взрывчатых веществ (на примере Криворожского железорудного бассейна) // Екологія і природокористування. Збірник наукових праць ІППЕ НАН України. - Дніпропетровськ, 2002. - Вип.4. - С. 113-118.

Размещено на Allbest.ru