Влияние горного производства на гидросферу.

Воздействие горного производства на водный бассейн проявляется в изменении водного режима, загрязнении и за­сорении вод.

Изменение водного режима. При строительстве и эксплуа­тации карьеров и разрезов, рудников и угольных шахт, подзем­ных транспортных и коммунальных туннелей и других соору­жений существенные осложнения возникают из-за наличия под­земных и поверхностных вод: происходят деформации горных выработок, снижается производительность оборудования, ус­ложняется производство буровзрывных работ.

Поэтому отличительной особенностью горного производ­ства является необходимость осушения месторождений полез­ных ископаемых. С этой целью с территорий намечаемых к разработке месторождений или их участков переносятся поверхностные водоемы и водотоки, и выполняются мероприятия по защите горных выработок от обводнения их подземными водами. Основным способом осушения зоны горных работ яв­ляется водопонижение путем проведения различных горных выработок, откачки или отвода самотеком, а затем сброса зна­чительных объемов подземных вод в гидрографическую сеть за пределы разрабатываемого участка.

Современный уровень развития техники и технологии водопонижения позволяет успешно решать эту проблему при освоении месторождений со сложными гидрогеологически­ми условиями.

В практике обычно используют три способа водопони­жения - с поверхности, подземный икомбинированный. Первый способ предусматривает сооружение дренажных устройств (скважин, канав, иглофильтров) непосредственно на земной поверхности. При подземном способе средства водопонижения располагают в горных выработках. В по­следние годы при проходке подземных выработок в обвод­ненных и неустойчивых породах плывунного типа с низким коэффициентом фильтрации используют забойное водопонижение, заключающееся в том, что в забое в горную породу на различную глубину погружают игло­фильтры. С помощью рукавов иглофильтры подключают к водосборному коллектору, в котором поддерживают доста­точно глубокий вакуум, позволяющий всасывать через иг­лофильтры воду из обводненного грунта. Комбинированный способ является сочетанием способа водопонижения с поверхности и подземного и реализуется, как правило, в два этапа. Вначале с поверхности произво­дится предварительное снижение уровня грунтовых вод, а затем вводится в эксплуатацию система подземного водопо­нижения.

Естественный режим подземных вод нарушается с мо­мента вскрытия технологическими горными или дренажны­ми выработками первого от поверхности водоносного гори­зонта и после откачки из него воды. При этом запасы под­земных вод сокращаются, а состояние и качество поверх­ностных вод существенно ухудшаются. На значительной площади месторождения образуется депрессионная воронка, размеры которой зависят как от геологических и гидрогео­логических условий района месторождения, так и от про­должительности его разработки.

При водоотливе наиболее низкий уровень подземных вод в зоне горных работ приходится на забой проходимой выработки. С углублением выработки понижается и уровень подземных вод. В результате водопонижения уровень подземных вод снижается на площади, превышающей площадь разработки месторождения иногда в десятки и сотни раз (Микашевичский карьер нерудных материалов).

На некоторых месторождениях в пределах воронки де­прессии создается гидравлическая связь нескольких напор­ных водоносных горизонтов, что приводит к переливу вод из вышерасположенных горизонтов в нижние. Как правило, воронка депрессии при этом захватывает водоносные гори­зонты со свободной поверхностью (безнапорные горизонты) и грунтовые воды, которые имеют гидрав­лическую связь с поверхностными водами. Это способствует активизации инфильтрации, что приводит к подпитке под­земных водоносных горизонтов поверхностными водами. Поэтому размеры депрессионной воронки зависят от нали­чия и расположения поверхностных водоемов и водотоков: чем ближе поверхностные воды к зоне разработки, тем меньше радиус депрессионной воронки.

Осушение месторождения приводит к резкому измене­нию естественного режима подземных и поверхностных вод. На поверхности земли нарушения состояния подземных и поверхностных вод проявляются в полном осушении заболоченных участков, уменьшении запасов вод в поверхност­ных водоемах и водотоках, осушении колодцев и неглубоких водозаборных скважин, иссякании источников, исчезновении небольших ручьев и рек. При прекращении откачек в связи с заверше­нием горных работ со временем депрессионные воронки ис­чезают и режим подземных вод восстанавливается. Восста­навливается также уровень вод в колодцах и водозаборных скважинах. В большинстве случаев возрождаются поверхно­стные водоемы и водотоки. Однако восстановление режима и состояния подземных и поверхностных вод зависит от масштабов нарушений. Если при подземном способе разра­ботки восстановительные процессы протекают относитель­но быстро, то при открытой разработке месторождений эти процессы зависят от глубины и состояния карьеров, заполнения выработанного пространства вскрышными породами, направления рекультивации.

Мероприятия по охране природных вод особенно акту­альны для открытого способа разработки месторождений полезных ископаемых со сложными гидрогеологическими условиями, так как если при подземном способе разработки водопритоки с водоносных горизонтов, залегающих выше зоны добычных работ, могут быть локализованы, то при открытом способе вскрываются все водоносные горизонты, залегающие в разрабатываемой толще пород, и сами горные выработки обладают дренирующим эффектом. В связи с большими размерами карьеров и интенсивностью водопонижения при открытых разработках размеры депрессионных воронок достигают огромных значений, охватывая обширные приле­гающие территории. Размер воронок депрессии или радиус влияния осушенных выработок зависит от коэффициента фильтрации, водоотдачи, площади и мощности осушаемого пласта, напоров, понижения уровня, площади питания, ко­личества дренажных точек, их взаимного расположения, ти­па и расположения горных выработок, продолжительности и интенсивности водоотбора, динамического притока вод в горные выработки и некоторых прочих факторов. Наи­большие размеры воронок депрессии характерны для тре­щиноватых и закарстованных обводненных пород. В на­чальный период откачки или дренажа подземных вод, когда только формируется воронка депрессии в условиях неуста­новившегося их движения, срабатываются статические запа­сы подземных вод, т.е. вод, накопившихся в водоносных пластах горных пород в течение длительного периода вре­мени. По мере пони­жения уровня подземных вод и срабатывания их запасов в водоносных горизонтах, из которых непосредственно про­изводится откачка, постепенно вовлекаются в сработку и динамические ресурсы подземных вод, т.е. вод, поступающих из области питания, из боковых зон осушаемого пласта и из других во­доносных горизонтов, имеющих с осушаемыми толщами гидравлическую связь. После стабилизации расхода и дина­мического уровня основная масса подземных вод поступает со стороны постоянных источников питания. При этом ве­личина водопритоков полностью определяется местными природными условиями: орографическими, геологическими, гидрогеологическими, климатическими и пр. Соотношение объемов статических и динамических запасов зависит от их ресурсов в области питания.

При осушении месторождений, особенно при открытых горных работах, прежде всего истощаются запасы высоко­качественных пресных вод, которые должны использоваться в основном для коммунального хозяйственно-питьевого во­доснабжения. Попадая в систему дренажных канав, водо­сборников и коллекторов, пресные воды загрязняются и приобретают свойства «рудничной воды», а затем загрязня­ют поверхностные воды. При срабатывании динамических ресурсов подземных вод возникает опасность загрязнения пресных вод минерализованными, что может привести к снижению их качества или сделать вообще непригодными для питьевого использования.

Сброс сдренированных подземных вод, содержащих по­вышенное количество химических элементов или соедине­ний, при недостаточной очистке приводит к загрязнению поверхностных вод в еще большей степени.

Значительный ущерб народному хозяйству наносится при истощении запасов вод, обладающих бальнеологиче­скими свойствами.

Срабатывание запасов подземных вод, приуроченных к горизонтам, представленным выщелачиваемыми или рас­творимыми породами, может привести к значительным из­менениям инженерно-геологической обстановки. Процессы выщелачивания и последующего карстообразования активизируются как из-за изменения режима вод данного горизон­та, так и в связи с уменьшением их минерализации за счет проникновения пресных вод из вышележащих горизонтов или области питания.

Существенное влияние на режим и состояние поверхно­стных, грунтовых и подземных вод оказывают отвалы и гидротехнические сооружения горных предприятий (гидро­отвалы, хвосто- и шламохранилища, водохранилища и пр.). Крупноплощадные отвалы обладают большой площадью водосбора. Воды атмосферных осадков, стекающие с по­верхности отвалов или профильтровавшиеся через толщу пород, загрязняются и засоряются и, в свою очередь, загряз­няют и засоряют поверхностные водоемы и водотоки. Ин­фильтрация вод в основании отвалов и гидротехнических сооружений приводит, как правило, к подъему уровня грун­товых вод и заболачиванию прилегающей территории по контуру этих сооружений, а также к подпитке подземных во­доносных горизонтов, особенно верхних. На горных предприятиях Курской магнитной аномалии инфильтрация из хвостохранилищ препятствует снижению уровня верхнего водоносного горизонта на 50 м. Радиусы подпора при за­полнении хвостохранилищ составляют 6-8 км.

Загрязнение вод. Для горнодобывающих предприятий в отличие от горноперерабатывающих характерно значительное превышение объемов сточных вод над объемами водопотребления для обеспечения технологических процессов и удовле­творения других потребностей предприятий. Дренажные воды, а также воды, стекающие с поверхности отвалов, не могут без соответствующей подготовки и очистки включаться в замкну­тый цикл горного производства. Основной объем их должен отводиться. Недоброкачественные рудничные воды при отсут­ствии очистных сооружений, попадая в поверхностные водо­емы и водотоки, загрязняют их. Это отрицательно воздействует на флору и фауну поверхностных вод, а также на флору и фауну лесных и сельскохозяйственных угодий окружающих террито­рий, санитарно-гигиенические условия местности. Особенно загрязняются дренажные воды угольных месторождений. Выделяются следующие основные загряз­няющие вещества в водах, откачиваемых из угольных шахт: взвешенные частицы, главным образом, угольная и породная пыль, частицы глины, хлористые соединения, свободная серная кислота и сопутствующие соли - сульфаты железа, растворен­ные и взвешенные фенольные соединения, масла. К числу загрязняющих факторов относятся также повышенная температура шахтных вод и канализационные стоки.

Из-за наличия хлористых и сернистых соединений, а также кальция, магния, натрия и калия шахтные воды без предварительной очистки и нейтрализации не могут быть использованы даже в технических целях. Рудничные воды могут содержать соли других тяжелых металлов - меди, цинка, марганца, никеля, ртути, свинца, урана и др. Попадая в поверхностные или подземные воды, загрязняющие веще­ства включаются в природный круговорот. При благопри­ятных условиях они накапливаются в почвах, донных отло­жениях, затем переходят в растительность, организмы животных, а через них и воду - в человека.

Геохимические процессы, протекающие в водоемах и почвах в связи с разработкой месторождений полезных ис­копаемых, во многом сходны с природными, обусловленны­ми ветровой и водной эрозией, выветриванием горных по­род. Однако, если природные процессы протекают медленно, существенно не нарушая равновесия между геосистемами и не ухудшая сложившиеся экологические условия, то в ре­зультате техногенной деятельности в связи с резким уве­личением загрязняющих веществ это равновесие нарушается и экологическая обстановка резко ухудшается. Вследствие переноса загрязняющих веществ на значительные расстояния локальное воздействие горных предприятий на окружаю­щую среду перерастает в региональное. Особенно велико влияние сброса дренажных вод горных предприятий на сток малых и средних рек, в результате чего он может возрасти в 1,5- -3 и более раз. При этом изменяются качество и тепловой режим вод в этих водотоках.

Предприятия горной промышленности США сбрасыва­ют в природные бассейны ежегодно около 7,6 млн м³ сточ­ных вод. При этом необходимо иметь в виду, что рудничные воды загрязнены, как правило, хлористыми соединениями, сульфатными соединениями железа, меди, марганца и перед сбросом должны быть очищены. В США почти 10 тыс. км ручьев и рек и около 12 тыс. га водной поверхности загряз­нены водами кислого и щелочного состава, поступающими из угольных разрезов, в районе Аппалачей кислот­ность вод в водотоках на значительном протяжении от мест сброса шахтных вод характеризуется показателем рН = 2, что приводит эти воды в состояние, не пригодное не только для жизнедеятельности водной фауны, но и для технического использования.

Засорение вод. При открытой разработке месторожде­ний полезных ископаемых, расположенных в непосредствен­ной близости от берегов озер, морей и океанов, может воз­никнуть засорение водного бассейна. Например, значительное ускорение накоп­ления осадков в заливе Сан-Франциско (США) наступило после того как на берегах залива и впадающих в него рек приступили к разработке месторождения золота. За 60 лет было размыто около 2 млрд м³ породы. Более половины ее осело в заливе и прилегающих к нему водных артериях. Это привело к значи­тельному изменению конфигурации береговой линии и уменьшению площади залива на 11 %.

Таким образом, горное производство оказывает на при­родные воды прямое и косвенное воздействие. К первой группе относятся виды воздействия непосредственно на вод­ные объекты, приводящие к истощению запасов вод, изме­нению их режимов, состояния и качества: осушение место­рождений, отбор вод для технологических процессов обога­щения, гидровскрыши, гидродобычи, сброс дренажных и сточных вод в поверхностные водоемы и водотоки, подзем­ные горизонты и пр. Ко второй группе относятся виды воздействия на другие элементы окружающей среды (землю, воздух, растительность), в результате которых ухудшаются состояние и качество природных вод.