Содержание к диссертации
Введение
1. Физико-географическое положение района исследований 9
1.1. Рельеф и геологическое строение 9
1.2. Климат 17
1.3. Гидрологическая характеристика 23
1.4. Почвы 25
1.5. Растительный и животный мир 28
2 Характеристика геотехногенной системы
2.1. Общие сведения 30
2.2. Минералогия и геохимия месторождения Яоган 41
2.3. Общие сведения о технологиях разработки месторождения и обогащения руд 46
2.4. Нарушение ландшафтов и развитие экзогенных геологических процессов 50
2.5. Основные источники химического загрязнения окружающей среды при разработке месторождения 57
2.6. Геоэкологические проблемы разработки вольфрамового месторождения Яоган 70
3 Геоэкологическая о ценка воздействия месторождения на окружающую среду 74
3.1. Районирование территории месторождения по степени воздействия на окружающую среду 74
3.2. Прогнозная геоэкологическая оценка воздействия месторождения в условиях его дальнейшего освоения 84
3.2.1. Влияние месторождения на природные ресурсы территории 85
3.2.2. Прогнозное районирование месторождения по степени нарушенности территорий 95
4. Мероприятия по снижению экологической опасности эксплуатации месторождения яоган .103
4.1. Рекомендации по рекультивации хвостохранилища Лунся 103
4.1.1. Общие сведения о хвостовых хозяйствах 104
4.1.2. Основные проектные решения технического этапа рекультивации 107
4.1.3. Основные решения биологического этапа рекультивации 1100
4.2. Организация мониторинга на территории месторождения Яоган 112
Заключение 123
Литература 125
- Гидрологическая характеристика
- Общие сведения о технологиях разработки месторождения и обогащения руд
- Прогнозная геоэкологическая оценка воздействия месторождения в условиях его дальнейшего освоения
- Основные проектные решения технического этапа рекультивации
Введение к работе
Актуальность темы. Природно-территориальные комплексы (ПТК), в пределах которых расположены горнодобывающие и горно-перерабатывающие предприятия, подвержены постоянному антропогенному воздействию, что зачастую приводит к необратимым изменениям в экосистемах. Добыча полезных ископаемых сопровождается геомеханическим воздействием на ПТК, приводящим к уничтожению природных ландшафтов, трансформации рельефа и естественных свойств горных пород, нарушению гидрогеологического режима, возникновению выработанного пространства, образованию большого количества отходов как добычи, так и обогащения руд. Значительным бывает химическое загрязнение компонентов природной среды: подземных и поверхностных вод, почв, грунтов, атмосферного воздуха.
В районах расположения горных предприятий основными источниками техногенного воздействия служат комплекс подземных выработок или карьеров, отвалы пустых пород, шламохранилища и хвостохранилища. Указанные объекты становятся причиной возникновения неблагоприятных экологических последствий, проявляющихся в ухудшении санитарно-гигиенической обстановки, изменении или разрушении естественных ландшафтов, а также приводящих к потере или снижению качества природных ресурсов, воспроизводство и восстановление которых требуют значительных затрат. Масштаб и особенности изменения компонентов ПТК зависят от горнодобывающей специализации предприятия и природно-климатических условий территории.
Большую роль в развитии эколого-геохимических исследований в районах разработки месторождений цветных металлов сыграли работы многих учёных, к числу которых следует отнести имена российских и китайских специалистов. Среди них В. А. Алексеенко, В.В. Гавриленко, Р.В. Голева, П. В. Елпатьевский, Э. Ф. Емлин, Е.Г. Панова, А. И. Перельман, В. М. Питулько, А.А. Смыслов, Ф. И. Тютюнова, В. Н. Удачин, Л.П. Чечель, Е. П. Янин, Ван Хэншэн (Wang Hengsheng), Сун Шухэ (Song Shuhe), Чжан Цзунху (Zhang Zonghu), Юань Даосянь (Yuan Daoxian), Лу Яожу (Lu Yaoru) и др.
Часто уровень воздействия на окружающую среду и его специфика в значительной степени определяются физико-географическими условиями, которые усугубляют последствия деятельности и увеличивают экологические риски. Характерным примером техногенного воздействия на ПТК в условиях среднегорья и муссонного климата служит отработка вольфрамового месторождения в районе пос. Яоган (Южный Китай). Подземные горные работы ведутся здесь более 100 лет. Часть из них проводится кустарным способом без соблюдения каких-либо природоохранных норм. Но особенно техногенная нагрузка на экосистему региона возросла после строительства рудника и обогатительной фабрики в 50-х годах XX века, резко увеличивших объемы добычи. В последнее десятилетие было принято решение о начале строительства нового современного комплекса предприятий по отработке открытым способом шеелитового месторождения, расположенного рядом, и
флотационном обогащении добытых руд. В настоящий момент, в связи с изменением маркетинговой ситуации на мировом рынке вольфрама реконструкция рудника Яоган приостановлена.
В то же время консервация (а в перспективе возобновление деятельности) рудника, промышленных площадок, основных вскрывающих месторождение выработок, технологического комплекса обогатительной фабрики месторождения и двух мышьяковых плавильных заводов требуют проведения геоэкологической оценки сложившейся ситуации, обоснования комплекса мероприятий по рекультивации рассматриваемых территорий. Особенно актуальным становится вопрос прогноза экологических рисков при дальнейшем освоении месторождения, поскольку в последние годы произошел ряд аварий, вызванных экзогенными геологическими процессами, спровоцированными техногенной деятельностью. В этой связи работы по рекультивации рассматриваемых объектов наиболее целесообразно выполнять в комплексе со строительством нового предприятия. Кроме того, вопросом первостепенной важности является необходимость организации производственного экологического мониторинга.
Цели и задачи исследования. Цель настоящей работы – геоэкологическая оценка современного состояния территории лицензионного участка и прогноз развития ситуации в период освоения шеелитовой залежи и расширения добычи вольфрамита.
Для реализации поставленной цели были решены следующие задачи:
- выявлены особенности физико-географических условий размещения
предприятия, обусловливающие возникновение экологических проблем при
разработке месторождения;
- выполнен анализ эколого-геохимических особенностей
вольфрамового месторождения с обоснованием основных поллютантов и
рисков загрязнения компонентов ПТК;
разработана и применена методика балльной оценки степени влияния предприятия на окружающую среду, выполнено районирование и составлена карта-схема уровней техногенной трансформации территории;
дан прогноз развития геоэкологической ситуации при расширении добычи вольфрамита и разработке шеелитовой залежи;
разработан алгоритм рекультивации шламохранилища Лунся с увязкой проекта строительства карьера и флотационной обогатительной фабрики;
- обоснована сеть пунктов производственного экологического
мониторинга и составлен его регламент на период работы предприятия.
Научная новизна.
1. Впервые на территории месторождения Яоган выполнена геоэкологическая оценка состояния ПТК с использованием разработанной методики балльной оценки воздействия горнопромышленного производства на окружающую среду; выделены источники воздействия, территория зонирована по степени нарушенности.
-
Показаны наиболее острые геоэкологические проблемы предприятия: деградация земель, химическое загрязнение компонентов ПТК, а также техногенно обусловленное развитие экзогенных геологических процессов (селей, оползней, обвалов), вызывающее геомеханические нарушения и широкое распространение загрязняющих веществ.
-
Обоснован перечень загрязняющих веществ, относящихся к лимитирующим при разработке вольфрамитового месторождения в конкретных физико-географических условиях.
-
Дан прогноз дальнейшего развития геоэкологической ситуации на территории вольфрамового месторождения Яоган на основе сопряженного анализа физико-географических условий, современного состояния ПТК и проектных решений по дальнейшему освоения вольфрамитовой и шеелитовой залежей.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
- на основе результатов геоэкологической оценки состояния
территории лицензионного участка по степени деградации окружающей
среды впервые определены участки и их площади разной степени
нарушенности, выполнено районирование территории лицензионного
участка по этому показателю;
- выявлена высокая степень опасности со стороны
горнопромышленного предприятия загрязнения водохранилища Дунцзян –
источника питьевого водоснабжения региона;
разработан регламент и обоснована сеть пунктов производственного экологического мониторинга на территории предприятия, который должен проводиться при дальнейшем освоении месторождения;
в составе пионерного проекта рекультивации хвостохранилища Лунся, разработанного автором, предложен алгоритм и рассчитаны предварительные объёмы работ с учетом использования ресурсов строительства нового карьера и обогатительной фабрики. Важно, что рекультивация хвостохранилища приведет к резкому снижению риска загрязнения водохранилища Дунцзян.
Защищаемые положения:
1. Впервые выполнено зонирование территории лицензионного участка
вольфрамового месторождении Яоган с использованием бальной оценки
уровня техногенного воздействия. На основе картирования комплекса
основных негативных факторов (опасность возникновения экзогенных
процессов, воздействие на пахотные земли, влияние на природные воды,
сложность предотвращения и ликвидации последствий воздействия) с
установленными весовыми значениями выделены участки сильной
(коэффициент нарушенности более 7), средней (от 4 до 7) и слабой (менее 4)
степени нарушенности окружающей среды и оценены их площади.
2. По масштабу проявления и отрицательным экологическим
последствиям (воздействие на земельные и водные ресурсы, рельеф) при
разработке месторождения установлена существенная роль экзогенных
геологических процессов (сели, оползни, обвалы), обусловленных техногенной деятельностью в условиях расчлененного горного рельефа и муссонного климата.
3. На основе сопряженного анализа физико-географических условий
района и воздействия горных работ, а также проектируемых показателей
развития месторождения выполнен прогноз изменения экологической
ситуации при дальнейшем освоении вольфрамовой и шеелитовой залежей,
который показал значительный прирост площади территорий с сильной
нарушенностью окружающей среды за счет строительства карьера,
хвостохранилищ и образования отвалов породы.
4. Разработана Программа экологического мониторинга,
ориентированная на снижение риска экзогенных процессов, загрязнения
природных вод и уменьшения темпов деградации земель. Мониторинг
проводится вблизи основных источников химического загрязнения по
обоснованному перечню ингредиентов, а также на участках с высоким
риском активизации экзогенных процессов.
Фактический материал. Объектом исследований в настоящей работе стали природно-территориальные комплексы в пределах лицензионного участка, находящиеся под длительным техногенным воздействием в ходе разработки месторождения. Предмет исследований – факторы и процессы, приводящие к трансформации ПТК и загрязнению компонентов ландшафта. В рамках геоэкологической оценки состояния ПТК выполнено картирование и доскональное описание природно-территориальных комплексов в пределах лицензионного участка. Фиксировались нарушенность земель и растительности, состояние отвалов и гидротехнических сооружений, проявление экзогенных геологических процессов и их последствия.
Основой исследований послужили ландшафтно-экологическое описание территории, геохимические данные о составе разрабатываемых руд и вмещающих пород, а также сточных вод из горных выработок рудника и шламохранилищ, полученные в период проведения инженерно-экологических изысканий на территории месторождения. Основным методическим приемом исследований стала комплексная ландшафтно-экологическая характеристика, охватывающая всю территорию лицензионного участка.
Личный вклад автора. Основные цели и задачи геоэкологической оценки воздействия на ПТК сформулированы лично автором. Автор принимал участие в 7 инженерно-экологических экспедициях на территории предприятия в рамках научно-исследовательских работ, выполняемых Институтом по мониторингу геологической среды Хунань по заданию правительства Китая. В задачи диссертанта входила оценка состояния природно-территориальных комплексов по степени их нарушенности. На основе результатов изысканий с учетом проектных решений по развитию предприятия в инициативном порядке дан прогноз развития экологической ситуации. Автором также разработан пилотный проект рекультивации
хвостохранилища и регламент производственного экологического мониторинга. Достоверность полученных результатов подтверждена большим объемом полевых наблюдений, описаний и фотодокументов состояния окружающей среды в пределах лицензионного участка, выполненных диссертантом.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на Китайском международном горном конгрессе и выставке, 2010 г. (China mining conference and exhibition, 2010), Китайском международном горном конгрессе и выставке, 2011 (China mining conference and exhibition, 2011), на годичной сессии научного Совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (Сергеевские чтения) "Устойчивое развитие: задачи геоэкологии" (Москва, 2013), XIII межвузовской молодёжной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (Санкт-Петербург, 2013), Международной научно-практической конференции LXVIII Герценовские чтения «География: развитие науки и образования» (Санкт-Петербург, 2015 г.).
По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе 2 статьи в реферируемых журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Общий объем работы составляет 130 страниц, содержит 36 рисунков и 19 таблиц. Список литературы включает 80 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю работы проф. Опекунову А.Ю. При подготовке диссертации соискатель пользовался советами проф. В.В. Дмитриева, проф. В.Н. Мовчана, проф. М.Г. Опекуновой. В период обучения и проведения исследований развитию этой тематики способствовали советы и рекомендации преподавателей Санкт-Петербургского Горного университета проф. Ю.П. Сорокина, проф. М.А. Пашкевич, проф. С.М. Сударикова, проф. А.М. Беленького. Соискатель благодарен китайским коллегам, вместе с которыми были выполнены полевые и научные исследования на месторождении Яоган, и среди них: Айдун, Люфэй, Юйцин, Сюйфэй.
Гидрологическая характеристика
Территория района исследований, где расположено вольфрамовое месторождение Яоган, характеризуется складчато-структурным рельефом, имеющим северо-восточное – юго-западное простирание. По оси антиклинали расположена горная цепь с высотами 1000-1600 м, по оси синклинали сформировалась впадина. Современный облик территории во многом определен эрозионными процессами. По степени расчлененности рельефа территория относится к средне- и сильнорасчлененной.
Самый высокий пик Тяньэфен (Tian efeng) в районе исследований характеризуется высотой над уровнем моря 1694 м (рис.1.1), минимальная абсолютная отметка над уровнем моря отмечается на юго-востоке территории лицензионного участка и соответствует 240 м. Таким образом, диапазон высот в пределах лицензионного участка составляет более 1450 метров (рис. 1.2). Сам рудник расположен на участке с диапазоном абсолютных отметок от 700 до 1400 м, т. е. при перепаде высот 700 м (рис. 1.3). Средний уклон рельефа достигает 35. Северный склон горного массива представляет собой выработанную структурную поверхность, образуемую выходом выветрелых горизонтов песчаников и сланцев, которые формируют три выраженных крутопадающих ступени высотой от 30 до 120 м. Пологие склоны на скалах сформировались в результате выветривания глинистых песчаников и сланцев. От вершины горы Тяньэфен до юго-восточного подножия развиваются ступенчатые склоны, которые постепенно падают к шеелитовой залежи Хэшантань (Heshangtan). Высота ее над уровнем моря имеет отметки +600 +700 м. Уклон рельефа соответствует характеру залегания горных пород и составляет от 20 до 30. Северо-восточный склон горы Тяньэфен – крутой с сформированными отвесными скалами и образованными у подножья каньонами и глубокими впадинами, что в целом типично для сбросового рельефа.
Залежь Хэшантань в северо-восточном направлении пересечена р. Лонся (Longxia). Русло реки имеет отметки над уровнем моря +300 +400 м. Западный склон реки, где размещается месторождение (залежь) Яньзыво (Yanziwo), сложен известняками. Это обусловило широкое развитие карстовых явлений по западному склону долины водотока. Поэтому формы рельефа осложнены карстовыми воронками, каррами, карстовыми трещинами, пещерами, здесь имеют место подземные реки. Минимальный базис эрозии данной области находится на отметке +240 м.
Юго-западная часть рудника находится в пределах бассейна реки Любо (Liubo). Эта территория представляет собой относительно низкое место с абсолютными отметками около 250 м. Рельеф представлен слаборасчлененной плоской равниной. В долине реки развиты террасы. Для поймы водотока характерны небольшие излучины, а в самой пойме залегают аллювиальные и пролювиальные отложения, на которых сформировались почвы, представляющие в данный момент пахотные земли. Долина реки в отдельных местах окаймляется скалами, сложенными известняками, на других участках отмечаются менее крутые склоны, где происходит в основном накопление пролювиальных отложений.
Кроме того, районы Чэньцзялун (Chenjialong), Уланпин (Wulangping), Цзяоань (Jiao an), Лонся (Longxia), Ницзя (Nijia) и Ханьтан (Hantang) представляют собой склоны с развитием зон накопления пролювия, сформировавшиеся на сравнительно плоских участках склонов. Район от Цзяоань (Jiao an) до Уланпин (Wulangping) в настоящее время является строительной площадкой рудника. Существенно, что на территории лицензионного участка находится поселок Яоган, в котором проживает около 8300 человек (рис. 1.4).
Вид посёлка у подножья горы Тяньэфен (фото автора) Характеристика геологического строения района дана на основе геологоразведочных докладов («Отчёт по запасам ископаемых ресурсов вольфрамового месторождения Яоган». Научно-исследовательский институт цветных металлов Хунань, 2001) и может быть изложена следующим образом.
Яоган - вольфрамитовое и шеелитовое месторождение в провинции Хунань КНР. Оно входит в вольфрамовый рудный район, расположенный в пределах восточного тектоно-магматического пояса притихоокеанского металлогенического региона, заложение которого проходило в каледонский и герцинский тектоно-магматический периоды. Рудное поле располагается в месте пересечения вольфрамового и вольфрамово-полиметаллического рудного поясов, что формирует очень благоприятную металлогеническую ситуацию. На площади месторождения выделяют три структурных этажа, имеющих несогласное залегание: каледонский, герцинский и яньшаньский (рис. 1.5). Каледонский этаж состоит из рифейских и кембрийских эпиметаморфических песчаников и сланцев. Герцинский этаж тектоно-магматической деятельности представлен среднедевонскими песчаниками, конгломератами и сланцами, средне- и позднедевонскими известняками и сланцами и ранне- и среднекарбоновыми известняками, песчаниками и сланцами. Яньшаньский структурный этаж включает раннеюрские кварцевые и аркозовые песчаники, песчаные конгломераты и сланцы (рис. 1.6). Слои различного возраста вмещают рудные тела, но наиболее важными из них являются слои девона.
Рифейский комплекс состоит из серии эпиметаморфических морских отложений мощностью 13541612 м. Этот комплекс содержит основные золоторудные пласты в регионе.
Кембрийская система представлена серией эпиметаморфических морских отложений, согласно залегающих на рифейском комплексе. Мощность отложений составляет 2865 м, их верхняя граница не обнажена. В региональном масштабе они представляет собой основные вольфрамо-золоторудные пласты.
В девонском комплексе герцинского этажа нижняя система отсутствует, представлены только средняя и верхняя системы. Они в основном состоят из обломочных пород континентальной и прибрежно-морской фаций и карбонатитовых пород морской фации. Мощность их меняется от 621 до 1464 м. При этом в средней системе Тяомацзянь (Tiaomajian - D2t) представлены основные пласты вольфрамовых, свинцовых, цинковых, золотоносных руд. Она состоит из кварцевых песчаников с тонкими частицами серовато-белого и фиолетового цвета и песчаного сланца, кварцитового песчаника с галечниками и конгломератами. В нижнем слое конгломераты имеют несогласное залегание на подстилающих пластах раннего девона. Мощность меняется в широком диапазоне величин от 78 до 300 м. Средняя система Цицзыцяо (Qiziqiao) представлена доломитами, доломитовыми известняками, известняками и сланцами, в которых выявлены вольфрамовые, свинцовые, цинковые и золотоносные рудопроявления.
Каменноугольная система слагается карбонатными породами мелководной морской фации с прибрежными угленосными болотными обломочными отложениями мощностью 8611954 м. Сюда входят известняки и доломитовые известняки, песчаные сланцы. Эти горизонты обогащены оловом, медью, свинцом, цинком. В большом количестве встречается флюорит.
Общие сведения о технологиях разработки месторождения и обогащения руд
Технология разработки месторождения во многом определяет степень техногенного воздействия на окружающую среду и геоэкологические последствия, вызываемые горнодобывающими работами ( "ШяІІ ҐІІЇ ійіШЯ ФШ ГІк Жіт& і» 2010). До настоящего времени главной составляющей разработки являлась добыча вольфрамита подземным способом. Разработка шеелитовых залежей открытым способом находится в стадии проектирования. При эксплуатации месторождения применялась схема вскрытия: штольня - гезенк - вспомогательный ствол.
Подземная разработка рудных месторождений включает три основные стадии: вскрытие, подготовку и очистную выемку руды (Ш Щт? Ші іЬЗЇЖ& Ш 2009). Месторождения вскрываются главными и вспомогательными вскрывающими выработками. К главным вскрывающим выработкам относятся штольни, пройденные с поверхности и выполняющие основные функции по подъему (стволы) при откатке (штольни) полезного ископаемого, проветриванию, передвижению людей и доставке материалов.
К вспомогательным вскрышным выработкам относятся: - шахтные стволы и штольни, используемые большей частью для проветривания и в качестве второго запасного выхода; - квершлаги, пройденные от главных и вспомогательных стволов к рудным телам; - слепые шахтные стволы, уклоны, капитальные восстающие, выполняющие вспомогательные функции. При разработке месторождений управление горным давлением осуществляется с помощью междукамерных и междуэтажных целиков. Вскрытие шахтных полей штольнями является одним из самых экономичных и простых способов. Он применяется при гористом или сильно расчлененном рельефе местности, что типично для месторождения Яоган. В зависимости от взаимного расположения пласта и склона поверхности штольни проходят вкрест простирания, под углом к линии простирания или по простиранию пласта. Этот способ в условиях Яоган наиболее экологичен, т. к. при таком способе разработки сокращается количество твердых отходов.
При вскрытии штольнями в зависимости от угла падения пласта применяется этажная подготовка. В случае крутого пласта верхняя часть шахтного поля отрабатывается с помощью гезенков, а нижняя - с помощью слепых стволов. При вскрытии штольнями одним из важнейших вопросов является выбор места заложения устьев штолен. Штольни целесообразно проходить на таких высотных отметках, чтобы большая часть шахтного поля отрабатывалась без подъема руды и механического водоотлива, что ведет к сокращению объема сточных промышленных вод.
Существенные экологические риски связаны с возможностью затопления шахт и подтопления карьеров, в результате чего образуется большой объем загрязненных сточных (рудничных и карьерных) вод. Во избежание затопления шахт устья штолен располагаются выше максимального уровня паводковых вод за последние 50-40 лет, и выше уровня подъема воды в периоды половодий. Склоны, расположенные выше устья штолен, не должны быть опасными по горным обвалам, оползням или селеопасными, что крайне актуально для рассматриваемой территории. Предусматривается также под склонами оставлять охранные целики, так как подработка склонов может вызвать горные обвалы. Помимо главных штолен применяются специальные штольни: водоотливные, вентиляционные и т. д.
Для жильных крутопадающих месторождений мощностью от 0,5 до 5 м с выдержанными элементами залегания, устойчивой рудой и устойчивыми боковыми породами, что типично для вольфрамитового месторождения Яоган, наиболее эффективны системы с магазинированием руды.
Отличительной особенностью этой системы разработки является заполнение очистного пространства блока отбитой рудой вслед за продвиганием очистного забоя. В связи с тем, что при отбойке происходит разрыхление руды, часть ее (около 30%) периодически выпускается. Отбитую руду оставляют в блоке с таким расчетом, чтобы между ней и кровлей было свободное рабочее пространство высотой около 2 м.
Выпускают руду под действием силы тяжести через выработки в основании блока. Взорванная руда увеличивается в объеме, поэтому после каждой отбойки часть руды -25-35% от взорванного количества - выпускают сразу (частичный выпуск), чтобы снова образовалось свободное пространство для работы бурильщиков. По окончании отбойки в камере (блоке) производят общий выпуск руды. Выработанное пространство остается или незаложенным, или заполняется обрушенными породами, перепускаемыми из вышележащего горизонта, или закладывается.
Высота этажа на месторождении составляет 50-60 м. Увеличение ее ограничивается в связи с тем, что при большой высоте магазина не удается управлять поверхностью отбитой руды: при выпуске даже только из одного отверстия эта поверхность опускается сразу на большой площади. Длина блока составляет от 40-50 до 80-100 м.
Обогащение вольфрамовой руды месторождения Яоган проходило в две стадии -первичное гравитационное обогащение и доводка черновых концентратов различными методами, что объясняется низким содержанием вольфрама в перерабатываемых рудах (0,1-0,8% WO3) и высокими требованиями к качеству кондиционных концентратов (55-65% WO3).
Из шламов вольфрамит извлекался в основном флотацией. Собиратели: олеиновая кислота (pH 710), алкилсульфаты (pH 49,5), купферон, нефтяные масла, ненасыщенные жирные кислоты. Регуляторами среды выступают щелочь, сода, серная или соляная кислоты; активаторами – соли двухвалентного марганца; депрессорами – жидкое стекло, железный купорос. Для отделения крупнозернистого материала использовалась флотогравитация. При доводке концентратов применялась электромагнитная и электростатическая сепарация и обжиг.
Вольфрамитовые руды обычно содержат ряд других тяжелых минералов, поэтому при первичном гравитационном обогащении руд стремятся выделить коллективные концентраты, которые могут содержать от 5 до 20% WO3, а также касситерит, танталит-колумбит, магнетит, сульфиды и др.
Высокая плотность вольфрамовых минералов и крупнозернистая структура вольфрамитовых руд позволяют широко применять при их обогащении гравитационные процессы: отсадку, концентрацию на столах, автоматических шлюзах, винтовых сепараторах, а также обогащение в тяжелых суспензиях и др. Эти технологии использовались и на обогатительной фабрики Яоган (рис. 2.6).
В схеме обогащения вольфрамитовых руд перед гравитационными процессами предусмотрены грохочение и гидравлическая классификация, что обеспечивает большую эффективность обогатительных операций. Руду дробят до частиц крупностью 10-12 мм. Для получения бедных отвальных хвостов крупные фракции хвостов доизмельчают и повторно обогащают. Для того чтобы обеспечить полное извлечение в концентрат свободных зерен вольфрамита, промышленные продукты концентрационных столов подвергаются многократным перечисткам. Получение кондиционных концентратов сопровождается удалением из них пирита и других сульфидов, которые попадают в отвалы и окисляются, подкисляя дренажные воды и обогащая их тяжелыми металлами, особенно халькофилами (Cd, Cu, Zn, Pb и др.).
Большое значение для повышения общего извлечения металла при обогащении вольфрамитовых руд имеет извлечение металлов из шламовых фракций, которые в большом количестве образуются при обогащении руды. Это приводит к снижению содержания металлов в шламохранилищах, уменьшая таким образом токсическую нагрузку на окружающую среду. В шламовой схеме используются наравне с другими и шламовые столы. Хвосты от обогащения руды в последней стадии при крупности 0,2 мм после доизмельчения до 0,1 мм направляются на гидравлическую классификацию, а затем на шлюзы для снижения потерь вольфрама с хвостами.
Прогнозная геоэкологическая оценка воздействия месторождения в условиях его дальнейшего освоения
Необходимо отметить, что в основном сильное и среднее воздействие, вызвано отвалами вскрышных пород, выработанным подземным пространством, селевыми потоками и сбросом сточных вод (рис. 3.3).
Данный метод оценки лег в основу районирования территории месторождения по степени деградации (нарушенности) окружающей среды. Полученные данные позволяют оптимизировать природоохранную деятельность в будущем, сосредоточив внимание на наиболее опасных объектах, а также учесть экологические риски при расширении предприятия и разработке шеелитовой залежи.
Результаты оценки по видам опасностей и воздействию на компоненты окружающей среды позволяют выделить следующую особенность изучаемой территории. Высокая вероятность развития экзогенных геологических процессов связана либо с участками, где эти процессы уже имели место, либо с районами, где размещены отвалы вскрышных пород. Это обусловлено, в первую очередь, тем, что отвалы преимущественно расположены на склонах гор, что увеличивает риск активизации геологических опасностей, особенно в сезон интенсивных дождей. Деформация поверхности
Относительное распределение площади территории лицензионного участка с сильной (красный цвет) и средней (синий цвет) степенью нарушенности по факторам воздействия (современное состояние) Влияние на земельные ресурсы практически по всем рассматриваемым объектам оценивается как сильное (см. табл. 3.2). Это обусловлено тем, что выведение из хозяйственного оборота земель вызвано двумя причинами: территория занята отвалами или служит для складирования промышленных отходов, а также при химическом загрязнении почво-грунтов, утративших по этой причине своё прямое назначение, а зачастую приводящее к опустыниванию территории. В пределах лицензионного участка в соответствии с законодательном КНР выделяется несколько категорий земель: пахотные, огородные, лесные и неиспользованные земли. Анализ степени вовлечения земель разных категорий в промышленное использование на месторождении Яоган показал следующие результаты (табл. 3.4). В основном геоэкологические проблемы (сильные и средние нарушения) затронули неиспользованные земли (почти 194,26 га земель). На них расположен рудник, производственные площади заводов по обогащению и выплавке мышьяка и обогащению вольфрамовой руды, шламо- и хвостохранилища. Эта категория земель в максимальной степени подвержена экзогенным геологическим процессам. На втором месте по площади нарушенности находятся лесные земли (122,56 га), в пределах которых располагается большинство отвалов вскрышных пород. Они охвачены просадками поверхности, опустыниванием, развитием селей и оползней. Так как более половины этих земель отведено под отвалы, то их рекультивация и прямое использование в будущем весьма затруднены. Количество пахотных земель, затронутых воздействием, невелико (около 11,0 га). Само воздействие носит локальный характер (например, загрязнение почв в селе Чженьцзятан в результате поступления дренажных вод с хвостохранилища Шуйдун). И совсем локально техногенезом затронуты огородные земли: они подвержены воздействию селевого потока (2,75 га). Соотношение нарушенных земель по видам их использования приведено на рис. 3.4.
Соотношение нарушенных земель (в %) по видам их назначения в пределах лицензионного участка Яоган Влияние на водные ресурсы (подземные и поверхностные воды) обусловлено в основном их химическим загрязнением. Вопрос гидрогеохимических показателей загрязнения рассмотрен в предыдущей главе (см. табл. 2.7). Основные источники загрязнения: сточные воды обогатительной фабрики и заводов по обогащению и выплавке мышьяка. Это вызывает высокий уровень накопления в природных водах вольфрама, молибдена и особенно мышьяка, активно мигрирующих в слабощелочной обстановке. Кроме этого, при обсуждении вопроса загрязнения природных вод нельзя не учитывать большой объем сбросов без всякой очистки с кустарных обогатительных производств.
Прогнозная геоэкологическая оценка воздействия месторождения в условиях его дальнейшего освоения
Важнейшим элементом научного подхода к обеспечению экологической безопасности при освоении рассматриваемого месторождения является прогноз развития ситуации в случае вовлечения в разработку новых рудных залежей. В этом отношении перспективы месторождения Яоган связаны со строительством нового рудника на вольфрамитовом месторождении и эксплуатацией открытым способом шеелитовой залежи, залегающей в юго-восточной части лицензионного участка. Вполне естественно, что строительство карьера и рудника приведут к дополнительной выработке подземного пространства, формированию новых отвалов пустых пород, дальнейшему загрязнению окружающей среды в том числе, обусловленному деятельностью обогатительной фабрики, заводов по обогащению и выплавке мышьяка, объемы производства которых будут увеличиваться, а также строительством и эксплуатацией, предусмотренных проектом новых хвостохранилищ (Сюнцзя и Цзиньчжулун) и отстойника (Нипинь).
Водные ресурсы. Дальнейшее освоение вольфрамитовой залежи предполагает разработку участков, минимальная высота которых над уровнем моря составляет +380,3 м, что выше местного базиса эрозии (+370 м). Дренаж и выпуск пустых пород будет производиться по отработанной технологии. В настоящее время подземные воды находятся в горных выработках высотой над уровнем моря +903,8 м и на участке высотой +700,3 м. На самых нижних разрабатываемых горизонтах (высота над уровнем моря +460,3 м) количество воды незначительно и горная выработка остается сухой. Дальнейшее освоение более низких по уровню горизонтов не приведёт к существенному изменению ситуации с притоком подземных вод. Согласно эмпирической формуле («Технический регламент по оценке воздействия на геологическую среду рудника», DB43/T304-2006) приток воды в горной выработке составит:
где: Qi - имеющий приток воды в горных выработках (м3/ч) (среднее значение 263,8 м3/ч, максимальное 5774 м3/ч); F2 - площадь (м2) будущего выработанного пространства (принятое значение 35104 м2); Fi - имеющая площадь выработанных пространств (принятое значение 249104 м2); S2 - будущее обезвоживание из горных выработок (значение понижения уровня подземной воды принято за 80 м); Si - имеющее обезвоживание из горных выработок (принято за 270 м).
Основные проектные решения технического этапа рекультивации
В число основных контролируемых ингредиентов в почво-грунтах включены W, Mo, As, Sn, Cd, Bi, Hg, Zn, Pb, Cu; в сточных водах – Cl-, SO42-, Mg2+, W, Mo, As, Cd, Bi, Hg2+, Zn2+, Pb2+, Cu2+, значение pH. Те же вещества анализируются в воде р. Лунся. Все перечисленные элементы характеризуются высокими концентрациями в рудах и вмещающих породах. Из этого перечня добываются только вольфрам и частично мышьяк. Все остальные металлы, включая и рудные, попадают в отходы. Перечисленные элементы в разной степени токсичны. При этом все они в благоприятных физико-химических условиях склонны к миграции, либо накапливаются в твердой фазе (в донных осадках, в почвах) в легко подвижной форме (Опекунов, 2012), чем представляют высокую степень опасности для человека и живых организмов. Кроме того, мониторинг химического загрязнения природных вод должен включать определение их анионно-катионного состава с целью контроля возможной техногенной трансформации соотношения главных ионов.
Критериями оценки служат предельно допустимые концентрации поллютантов в почве и в воде хозяйственно-питьевого назначения. Содержание загрязняющих веществ в воде шламо- и хвостохранилищ, а также в сточных водах должно отвечать требованиям к этим категориям сточных вод, принятым в Китае (стандарт GB89786-1996). Общий порядок хранения отходов в отвалах регулируется действующим в КНР стандартом (GB18599-2001).
Таким образом, результаты оценки геоэкологических последствий разработки вольфрамового месторождения Яоган позволили выявить основные факторы развития неблагоприятной экологической ситуации, обосновать подсистемы мониторинга и сформировать сеть локального экологического мониторинга. На территории месторождения она представлена 13 ПМ, расположенными вблизи основных объектов горнодобывающей инфраструктуры (обогатительных фабрик, шламохранилищ, отвалов отходов), а также в зоне влияния горного производства на водохранилище Дунцзян. Определены объекты мониторинга (подземные и поверхностные воды, почво-грунты, недра) и перечень основных показателей (нарушенность территории, гидрохимический состав вод, рудные и сопутствующие металлы и элементы). Дана прогнозная оценка опасности химических элементов, поступающих в окружающую среду при разработке и обогащении руд. В перечень наиболее опасных элементов включены мышьяк, молибден, кадмий, висмут и цинк. В дальнейшем при возобновлении хозяйственной деятельности предлагаемая сеть должна быть расширена за счет пунктов мониторинга вблизи введенных в эксплуатацию объектов (карьера, отвалов пород, хвостохранилищ и др.) (см. рис. 1).
По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы.
1. Физико-географическое положение месторождения оказывает значительное влияние на условия недропользования. Район месторождения характеризуется складчато структурным рельефом с абсолютными отметками до 1700 м, со средней и сильной степенью расчленения. Климат – субтропический влажный муссонный. Все это предопределяет активное развитие экзогенных геологических процессов – селей, обвалов, оползней – приводящих к разносу техногенного материала, химическому загрязнению обширных территорий, к нарушению и опустыниванию земель.
2. В процессе эксплуатации месторождения химическому загрязнению подвергаются природные воды, почвы и грунты. Концентрация, токсичность и формы миграции в данных условиях химических элементов, входящих в состав разрабатываемых руд (W, Bi, Pb, Zn, Cu, Sn, Mo, As, Mn), позволяют сделать вывод, что наибольшую экологическую опасность при разработке месторождения Яоган представляют As, Mo, Cd, Bi и Zn. Все остальные элементы либо встречаются в относительно низких концентрациях (Sn, Mn), малоподвижны (W), либо находятся в комплексных соединениях, где их токсичность по сравнению с ионной формой заметно снижается (Cu, Pb). В наибольшей степени опасности загрязнения подвержены природные воды.
3. По результатам геоэкологической оценки современного состояния на территории месторождения выделено 18 участков, ПТК которых испытывают сильное воздействие. Они занимают площадь 145,6 га (3,4% от общей площади оцениваемой территории). Среднее воздействие на ПТК распространяется на 10 участков, занимающих площадь 124,3 га (2,9% от общей площади территории). Остальная часть территории лицензионного участка площадью 4005,2 га (93,7%) в соответствии с выполненной оценкой испытывает умеренное воздействие.
4. Дальнейшая разработка месторождения, включающая освоение вольфрамитовой и шеелитовой залежей, приведёт к резкому увеличению числа объектов, оказывающих очень серьёзное воздействие, и росту площади территорий с сильной и средней степенью нарушенности. При этом относительная доля территории с сильной нарушенностью достигнет 7,7% от площади лицензионного участка. Площадь средней нарушенности изменится мало, её рост составит около 4 га, а общая доля вырастет до 3,0%. Снизится доля площади лицензионного участка с умеренным уровнем нарушенности – с 94,1% до 89,3%.
В проектных условиях рост доли нарушенных территорий вызван, главным образом, строительством карьера, хвостохранилищ и отвалами пород.
5. Необходимость рекультивации хвостохранилища р. Лунся обусловлена его экологической опасностью, проявляющейся в риске прорыва дамбы, развитии селевого потока, опустынивании земель и загрязнении водохранилища Дунцзян. Рекультивация увязана со строительством карьера и флотационной обогатительной фабрики. Планируется использование вскрышных пород из карьера для засыпки территории и воды из хвостохранилища в оборотном водоснабжении фабрики.
6. Одно из условий снижения экологических рисков при эксплуатации месторождения – организация производственного экологического мониторинга. Предлагаемый регламент мониторинга включает подсистемы мониторинга состояния и загрязнения окружающей среды, мониторинга недр (контроль экзогенных геологических процессов) и земель, а также контроль безопасности гидротехнических сооружений. Сеть мониторинга представлена 13 пунктами, расположенными вблизи основных объектов горнодобывающей инфраструктуры (обогатительных фабрик, хвостохранилищ, отвалов отходов), а также в зоне влияния горного производства на водохранилище Дунцзян. 124