Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,441

ФОРМИРОВАНИЕ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ЭЛЬГИНСКОГО КАМЕННОУГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Николаева Н.А. 1 Пинигин Д.Д. 1
1 ФГБУН «Институт физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова» Сибирского отделения РАН
В статье предложено изучение экологического воздействия разработки Эльгинского каменноугольного месторождения в Южной Якутии в виде модели геотехнической системы «Эльгинский угольный комплекс – природная среда – человек». В ее составе выделяются три блока: технический, природный и управления, связанные между собой внутренними локализующими и изменяющими связями. Технический блок объединяет несколько производственных подсистем: добывающий, обогатительный, отвальный, транспортный, гидротехнический и селитебный, – которые связаны между собой тесными производственно-технологическими связями. Природный блок состоит из природных комплексов, испытывающих техногенное воздействие. Ведущим звеном в геотехнической системе является блок управления, образованный людьми. Наибольшее внимание уделено техническому блоку, в котором рассмотрены виды, направление, величины количественного и качественного воздействия различных подсистем на компоненты природных комплексов. Рассмотрение Эльгинского угольного комплекса в виде геотехнической системы позволило систематизировать различные функциональные, причинно-следственные и локальные взаимосвязи между ее составляющими.
угольный комплекс
природный комплекс
геотехническая система
подсистемы
воздействие
взаимосвязи
1. Варламов С.П., Васильев И.С., Торговкин Я.И. Особенности ландшафтной структуры района строительства Эльгинского угольного комплекса и прилегающей территории // Наука и образование. – 2011. – № 4 (64). – С. 21–24.
2. Геоэкологические принципы проектирования природно-технических геосистем / под ред. Т.Д. Александровой. – М.: Изд-во ИГ АН, 1987. – 321 с.
3. Долгушин И.Ю. Индустриальные геотехнические системы / Взаимодействие хозяйства и природы в городских и промышленных геотехсистемах. – М.: Изд-во ИГ АН СССР, 1982. – С. 100–106.
4. Мерзлотно-ландшафтная карта Якутской АССР. М-б 1:2 500 000 / Отв. ред. П.И. Мельников. – М.: ГУГК, 1991.
5. «Мечел» сообщает о переводе сезонной обогатительной фабрики Эльгинского угольного комплекса на круглогодичный режим эксплуатации [Электронный ресурс]. URL: http://www.mechel.ru/press/press/elga?rid=25190&oo=1&fnid=68&newWin=0&apage=1&nm=131829&fxsl=view.xsl (дата обращения: 16.07.14).
6. Мухина Л.И., Рунова Т.Г. Система показателей для изучения и оценки воздействия человека на природу / Изучение и оценка воздействия человека на природу. – М.: Изд-во ИГ АН СССР, 1980. – С. 7–166.
7. Николаева Н.А., Пинигин Д.Д. Оценка факторов техногенного воздействия на природную среду Эльгинского угольного комплекса // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5; URL: www.science-education.ru/119-14545 (дата обращения: 21.07.2015).
8. Преображенский В.С., Александрова Т.А., Куприянова Т.П. Основы ландшафтного анализа. – М.: Наука, 1988. – 192 с.
9. Природа, техника, геотехнические системы / Отв. ред. В.С. Преображенский. – М.: Наука, 1978. – 151 с.
10. Энергетическая стратегия Республики Саха (Якутия) на период до 2030 года / отв.ред. Петров Н.А. – Якутск; Иркутск: Медиа-холдинг «Якутия», 2010. – 208 с.

В свете современных тенденций мирового экономического развития особое место среди регионов Азиатского Севера отводится Республике Саха (Якутия), где развертывается проектирование и строительство крупных энергопроектов, способствующих реализации природного потенциала региона. В числе первоочередных предусмотрена реализация освоения Эльгинского каменноугольного месторождения, предусматривающая строительство крупного Эльгинского угольного комплекса (ЭУК). Запасы угля на разрабатываемом Северо-Западном участке месторождения составляют 2,078 млрд т коксующегося и энергетического угля. В период III очереди строительства ЭУК проектная мощность Эльгинского разреза по объемам добычи угля достигнет 27 млн т угля в год, что составит около 2/3 объемов добываемого в республике угля [10].

Строительство и эксплуатация Эльгинского угольного комплекса неминуемо приведут к серьезному преобразованию природной среды, в связи с чем уже в настоящее время встает острая необходимость поиска путей к разрешению наметившихся экологических проблем.

Одним из них является системный подход, среди направлений которого выбрана концепция геотехнических систем, позволяющая рассматривать энергетический объект и природную среду как звенья единой управляемой геотехнической системы, что обеспечивает наибольшую комплексность, полноту и взаимосвязанность получаемой информации.

Целью данной статьи является рассмотрение Эльгинского угольного комплекса и прилегающих ландшафтов в виде управляемой угледобывающей геотехнической системы, что предусматривает определение видов, величины и направлений техногенных воздействий и установление их связи с характером изменений в компонентах природных комплексов.

Основным постулатом геотехнической концепции является положение, что техническое сооружение и природная среда являются составными частями единого сложного образования – промышленной геотехнической системы «Техническое сооружение – природная среда – человек». Ведущая роль в геотехнической системе отводится человеческой деятельности (обществу), которая осуществляет управляющую и регулирующую роль во всей геотехнической системе [2, 3, 8, 9].

Как известно [2, 3, 8, 9], в структурном отношении все геотехнические системы состоят из трех взаимодействующих блоков: природного, технического и управления. Механизм взаимодействия проявляется в цепочке процессов: воздействие техники на природную среду – изъятие природных ресурсов и привнесение техногенных веществ – отходов производства; изменения свойств и качеств природных компонентов, испытывающих воздействия; последствия (отрицательные), происходящие в результате изменений и влияющие на функционирование самого технического объекта и на условия жизнедеятельности населения, а также на функционирование других природно-технических систем. При этом целостность геотехнической системы достигается связями, существующими между ее составными частями, через которые они обмениваются веществом, энергией и информацией: локализующие, изменяющие и управляющие [6, 9].

Изучение взаимодействия угледобывающего комплекса с природной средой рассмотрено на примере разработки Эльгинского каменноугольного комплекса, представленного в виде угледобывающей геотехнической системы «Угледобывающий комплекс – природная среда – человек», в которой можно выделить три блока: технический, природный и управления (рисунок):

– технический представлен комплексом сооружений промышленного назначения, объединенных единым производственно-технологическим процессом (добыча и обогащение угля) и производственной инфраструктурой;

– природный, включающий природные комплексы разного иерархического ранга, отдельные компоненты которых:

а) являются необходимыми для возникновения и существования производственного объекта (в качестве природных условий);

б) непосредственно участвуют в производственном процессе (в качестве природных ресурсов: как сырье, топливо и т.д.);

в) подвергаются воздействию объектов при удалении отходов производства.

– управления, образованный людьми, управляющими техническим блоком и влияющими на природный [2].

nik1.tif

Модель геотехнической системы «Эльгинский угольный комплекс». Условные обозначения: 1 – геотехническая система в целом; 2 – блоки геотехсистемы; 3 – управляемая часть системы; Связи: 4 – прямые и обратные, 5 – внутренние, 6 – локализующие, 7 – внешние

 

Технический блок состоит из производственных подсистем, связанных между собой тесными производственно-технологическими связями:

Добывающая подсистема представлена Эльгинским разрезом, временной промплощадкой (ремонтно-механическим участком, складом ГСМ), временным складом взрывчатых материалов. Постоянная промплощадка находится на стадии строительства.

Добычные работы, прежде всего, связаны с изъятием и перемещением больших объемов вмещающих пород, изменением напряженного состояния литосферы, а также изменением геокриологических условий участка недропользования. Работы на Эльгинском разрезе приведут к образованию полости в земной коре объемом более 800 млн м3 и площадью несколько десятков км2.

Добыча угля открытым способом сопровождается образованием значительного количества пылегазовых выбросов, особенно при проведении буровзрывных работ, экскавации и погрузке в транспортные средства. На долю добывающей подсистемы в стадии эксплуатации приходится 70,2 % среднегодовых выбросов от эксплуатации Эльгинского угольного комплекса на стадии I очереди строительства.

Обогатительная подсистема представлена обогатительной фабрикой мощностью 2,7 млн т угля в год и станцией погрузки угля (295 км ж/д пути «Улак-Эльга»). Также на стадии строительства находится обогатительная фабрика мощностью 9 млн т угля в год. В октябре 2014 г. сезонная обогатительная установка была переведена на круглогодичный режим работы [5]. Удельная доля выбросов, образующихся от эксплуатации обогатительных фабрик в производстве выбросов загрязняющих веществ Эльгинским угольным комплексом на стадии I очереди его строительства, составит в среднем 14,2 % в год.

С работой обогатительной подсистемы связаны превышения допустимых концентраций диоксида азота, неорганической пыли, диоксида серы в приземном слое воздуха в радиусе 0,3–1 км от источников загрязнения.

Отвальная подсистема будет представлена отвалами вскрышных пород: тремя внешними отвалами, общим объемом 833,5 млн м3, и внутренним объемом – 579,7 млн м3. Важнейшие экологические проблемы, возникающие при формировании отвальной подсистемы связаны с изменением рельефа местности, уничтожением почвенно-растительного покрова, образованием выбросов при разгрузке вскрышных пород на борта отвалов и их последующим пылением и т.д.

Гидротехническая подсистема представляет систему гидротехнических сооружений, крупнейшим объектом в которой станет пруд-отстойник карьерных вод площадью 34,59 га. Наполнение данного объекта с учетом отставания графика освоения Эльгинского месторождения, скорее всего, произойдет после 2021–2023 гг. Согласно сообщению Министерства промышленности РС(Я) до означенной даты сброс сточных вод в естественные водные объекты не предусмотрен. Сброс излишков очищенных карьерных вод должен производиться в приток р. Укикит, являющегося притоком р. Мулам.

Таким образом, изменению водного режима и химического состава вод в большей степени подвергнутся водные объекты бассейна р. Укикит. Кроме пруда-отстойника карьерных вод, проект развития Эльгинского угольного комплекса предусматривает создание гидротехнических сооружений, под которые отведено более 46 га [7]. Основное преобразование природных комплексов при образовании гидротехнической подсистемы ЭУК на стадии строительства I очереди связано с частичным перестроением гидрографической сети бассейна р. Укикит, увеличением мутности воды на определенных участках р. Укикит и её притоков, изменением условий нереста речных рыб.

Транспортная подсистема представлена линиями электропередач, подъездной железной дорогой, автомобильными дорогами, автомобильными и железнодорожными мостами, а также трубопроводной системой. Строительство линейных транспортных объектов, среди которых железная дорога «Улак-Эльга» является крупнейшим инфраструктурным объектом, сопровождается образованием карьеров, добычей строительных общераспространенных ископаемых, отчуждением земельных ресурсов и т.д.

Природный блок состоит из ландшафтов того или иного ранга, включая природные комплексы, в определенной мере уже измененные человеком [3].

Территория разработки Эльгинского каменноугольного месторождения расположена на стыке двух физико-географических провинций – Становой среднегорной и Тимптоно-Учурской среднегорной [4] и представлена двумя физико-географическими районами – Токинский Становик и Токинская впадина.

Ландшафтная структура представлена сочетанием характерных для гор Южной Якутии сочетанием типов ландшафтов высотной поясности: горно-пустынными, горно-тундровыми, подгольцовыми, горно-редколесными и горно-таежными. Широко распространены интразональные типы ландшафтов – мари, горные долины. Морфологическая структура районов состоит из 8 типов местности [1]:

– горно-привершинный тип местности занимает верхний пояс среднегорных массивов, выложен элювиальными и элювиально-делювиальными отложениями, в пределах которого развита горная растительность;

– плоскогорно-привершинный тип местности характерен для пологоволнистых и плосковершинных участков водоразделов и плоских нагорных террас в пределах межгорных котловин; характерна растительность горно-таежных, горно-редколесных и подгольцовых высотных поясов;

– горно-склоновый тип местности занимает наклонные поверхности горных хребтов, возвышенностей и склонов долин горных рек, сложенные комплексом горных отложений; растительность занимает спектр высотной поясности ландшафтов от горной тайги до горной пустыни;

– предгорный моренный тип местности представлен ледниковыми формами рельефа и распространен в пределах троговой долины р. Ундыткан и вокруг озера Большое Токо. Отложения ледниковые, растительность горно-таежная, горно-редколесная, маревая;

– предгорный зандровый тип местности занимает обширные плоские равнинные участки, сложенные флювиогляциальными отложениями, растительность представлена видами, характерными для горно-таежных, подгольцовых и маревых типов ландшафтов;

– горно-долинный тип местности, к которому относятся днища долин рек Ундыткан, Укикит, Укикиткан, Мулам, Эльга; отложения современные аллювиальные, растительность горно-таежная и интразональная маревая;

– ледниково-долинный тип местности представляют собой днища троговых долин, выполненные гляциальными отложениями; растительность горно-таежная, горно-редколесная и маревая;

– озерно-котловинный тип местности приурочен к узкой береговой террасе оз. Большое Токо;

– аквальные комплексы представлены озерами и руслами рек; многочисленные небольшие озера распространены в предгорном моренном, зандровом и ледниково-долинном типах местности.

Блок управления формируют руководящий персонал и специалисты Эльгинского угольного комплекса, основными задачами которых являются обеспечение выполнения производственных показателей всех подсистем технического блока и минимизация негативных природных последствий.

В результате проведенной работы получены следующие результаты:

– выявлена структура геотехнической системы «Эльгинский угольный комплекс – природная среда – человек», в состав которой входят технический, природный и управленческий блоки. Наибольшее внимание уделено техническому, состоящему из добывающей, обогатительной, отвальной, транспортной и гидротехнической подсистем;

– раскрыт механизм взаимодействия производственных подсистем с компонентами природной среды, определены функциональные и изменяющие взаимосвязи в геотехнической системе;

– установлены эколого-географические особенности взаимодействия производственных подсистем с различными природными комплексами.

Рецензенты:

Бурцева Е.И., д.г.н., профессор Финансово-экономического института «Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова», г. Якутск;

Саввинов Г.Н., д.б.н., директор НИИ прикладной экологии Севера «СВФУ им. М.К. Аммосова», г. Якутск.



Библиографическая ссылка

Николаева Н.А., Пинигин Д.Д. ФОРМИРОВАНИЕ ГЕОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ЭЛЬГИНСКОГО КАМЕННОУГОЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 8-1. – С. 153-157;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=38864 (дата обращения: 07.05.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074