курс. Курсовая работа на тему " Горнодобывающая промышленность " по дисциплине мдк

• Название: Курсовая работа на тему " Горнодобывающая промышленность " по дисциплине мдк
• Дата: 17.11.2021
• Размер: 68.63 Kb.
• Имя файла: Kursovaya.docx
• Тип: Курсовая; #274543
• страница: 3 из 5

Геоэклогические проблемы разработки карьеров
Загрязнение воздуха. 

Ведение горных работ как в карьерах вызывает загрязнение воздуха газами и твердыми частицами. Весьма активно происходит разнос вещества по воздуху и его аккумуляция вблизи источников выноса. Большое количество пыли попадает в атмосферу от обогатительных фабрик. Значительными ее источниками являются также буровзрывные работы в карьерах, погрузочно-разгрузочные работы и движение тяжелых автомашин по грунтовым дорогам, некоторые виды переработки руды. Насыщение воздуха пылью происходит за счет развевания открытых отвалов и других оголенных мест.

Серьезные проблемы создает поступление сильно запыленного воздуха из карьеров в результате взрывов, земляных и погрузочно-разгрузочных работ. Один 27-тонный автосамосвал загрязняет за смену до предельно допустимого уровня 3,7 млн.м³ воздуха. При мощных взрывах (до 500-700 т взрывчатых веществ) масса взрываемых пород обычно составляет 2 млн.т, а объем пылегазового облака - 15-20 млн.м³. Подсчитано, что в условиях Кривого Рога из такого облака в течение 4 часов в радиусе 4 км распространяется на прилегающие земельные угодья от 200 до 500 т пыли с размером частиц 1,5 мкм и менее. Существенно также, что выделяющиеся при взрывах вредные газы требуют для разбавления до безопасных концентраций на каждые 500 кг взрывчатых веществ 1,7-2,0 км³ свежего воздуха.

В мире ежегодно отбивается с помощью взрывов около 10 млрд. м³ горной массы. Нетрудно подсчитать объем суммарного пылегазового облака. Он достигает 75-100 км³ ежегодно. При этом количество разносимой пыли может быть оценено в 1,0-2,5 млн.т.

Водопонижение как защита от затопления. 

Наибольшие трудности при горных разработках возникают из-за притока подземных вод. Известны лишь единичные случаи, когда карьерные выемки полностью ограждались водонепроницаемыми перемычками-завесами. Например, на месторождении серы Тарнобжек в Польше была создана кольцевая завеса из искусственного водонепроницаемого материала. Правда, есть идея вести некоторые разработки вообще под водой.

Однако подавляющее большинство карьеров защищаются от притока подземных вод путем их откачки. Самые значительные мероприятия такого рода проводятся в бассейне р.Рейн (район г.Кельна). Здесь при отработке пластов бурого угля открытым способом откачивается в среднем до 1 км³ подземных вод в год. Очень значительные работы по водопонижению проводятся при добыче рудных полезных ископаемых. Площадь, охваченная водопонижением в районе Курской магнитной аномалии (КМА), достигла 250 тыс.га.

При наличии депрессионных воронок изменение уровня подземных вод наблюдается вокруг них в пределах всех подразделений рельефа - днищ долин, склонов и водораздельных пространств. Следовательно, охрана действующих карьеров от затопления с помощью откачек приводит к коренному нарушению круговорота воды в таких районах.

Нарушение состояния поверхностных вод. 

Водоотбор и связанное с ним понижение уровня подземных вод приводит к уменьшению подземного стока в реки и водоемы. При значительных водопонижениях в пределах депрессионных зон во всех поверхностных источниках истощаются запасы воды, снижается водность рек, падает уровень озер и водохранилищ, высыхают болота, исчезают родники, ручьи и мелкие реки.

Сброс откачиваемых и сточных вод приводит к значительному увеличению водности ручьев и речек. Сток малых и средних рек в межень благодаря этому местами возрастает в 1,5-3 и более раз. В частности, в районе КМА, за счет откаченных подземных вод, особенно из недренируемых водоносных горизонтов, резко увеличилась водность некоторых рек. Так, например, среднегодовой сток р. Оскольца увеличился на 21-108%, р. Черни на 20-30%. И это произошло несмотря на то, что обе реки "подвешены" на значительных участках над депрессионными воронками уровня подземных вод и существенную долю своих вод (до 1/5) теряют в результате инфильтрации. Искусственное увеличение расходов воды в некоторых реках приводит к повышению на отдельных участках уровней подземных вод, затоплению и подтоплению земель.

Сброс карьерных вод приводит к сильному загрязнению подземных и поверхностных вод. Показательно, что в составе откачиваемых в стране вод примерно половина имеет минерализацию более 1 г/л, а одна четверть - содержание сульфатов свыше 3 г/л.

Процессы в литосфере.

Массированное наступление горнодобывающей промышленности на недра Земли вызывает проявление широкого спектра процессов на поверхности и внутри литосферы. Часть их возникает как прямой результат действия механизмов, взрывов, растворяющих веществ и микроорганизмов, с помощью которых осуществляется добыча. Поведение пород, слагающих уступы, борта и отвалы на карьерах зависит от географических, геологических, гидрогеологических, инженерно-геологических и горнотехнических условий. Как правило, на участке расположения отработанного карьера наблюдаются ландшафтные изменения, нарушается геоморфология, меняются гидрологический и гидрогеологический режимы, происходит загрязнение подземных горизонтов. Районы, в которых имеются крупные залежи щебня, доломита, суглинков, глин, самородной серы, при разработке месторождений пострадали настолько, что восстановить природный ландшафт на площадях в тысячи гектаров уже практически не возможно.
Выветривание и почвообразование.

Породы, обнаженные при образовании выработок и сгруженные в отвалы, в поверхностном слое подвергаются интенсивному выветриванию.

Этот процесс в умеренном поясе осуществляется с начальными скоростями порядка нескольких десятков сантиметров в год. Однако со временем, по мере оформления профиля коры выветривания скорость разрушения пород постепенно снижается.

Поверхностное преобразование материала отвалов происходит по-разному, в зависимости от их состава и гидротермических условий месторождения. Отвалы, на поверхности которых развиты фитотоксичные породы, могут в течение десятилетий служить ареной физического и химического выветривания. Однако, оставаясь безжизненными и оголенными, они служат источником сноса вредных веществ. При зарастании отвалов, сложенных рыхлыми дисперсными породами, на них быстро развивается почвенный профиль, лишь по некоторым признакам отличающийся от зонального.

Поверхностный смыв и намыв.

Плоскостному и ручейковому смыву подвергаются стенки выемок и склоны отвалов. Имеющиеся количественные оценки ускоренной эрозии на этих поверхностях рельефа свидетельствуют о ее большой интенсивности. Например, на Кимовском и Ушаковском углеразрезах Тульской области модуль смыва с отвалов колеблется от 1384 до 7959 м /га-год, а средний показатель за 10-15 лет составляет 2000-2500 м³/га-год. Происходящий при этом вынос ионов Н⁺, Bе⁺², SO₄^-2 оказывает отрицательное воздействие на почву и урожайность на примыкающих к отвалам пахотных угодьях. Разнос продуктов смыва значителен. Величина затеков составляет на Ушаковском разрезе от 6,4 до 14,4, а на Кимовском - от 8,4 до 31,2% от всей площади отвалов.

Детальное изучение размыва склонов отвалов проведено в Польше, в Верхне-Силезском угольном бассейне. Отвалы сложены грубообломочными породами с преобладанием щебня и дресвы. На 10 репрезентативных участках выявлены два типа эрозионных форм - промоины, прорезающие склоны отвалов на всем протяжении, и рытвины, приуроченные к бровкам склонов. Рост промоин приводит к параллельному отступлению склонов со скоростью 1,73 см/год, а рытвины выполаживают прибровочные части склонов со скоростью 0,5-0,9 см/год. При затухании эрозии смыв происходит преимущественно в средней части склонов (0,4-0,7 см/год). Рекомендуется для предупреждения размыва придавать склонам отвалов выпуклую форму без выраженной бровки.

На отвалах карьеров на западе Северной Дакоты (США) проведено экспериментальное изучение ускоренной эрозии. Отвалы образованы суглинистыми породами вскрыши. Производилось искусственное дождевание - в течение двух часов отвалы подвергали воздействию 64 мм осадков, а в случае исследования почвозащитной роли соломы в дозе 4,5 т/га - осуществлялось дополнительное получасовое дождевание той же интенсивности. Исследования велись на стоковых площадках размером 4х22 м с уклонами от 2°30' до 10°. На вскрышных породах, покрытых гумусированным слоем, смыв доходил до 74 т/га, тогда как на породах без покрытия его значение было 18 т/га. Смыв с участка пастбища с ненарушенным растительным покровом при тех же условиях опыта составил всего 0,2 т/га. Таким образом, при образовании отвалов поверхностный смыв усиливался в 90-370 раз. Соломенная мульча снижала смыв на 84% - на участках с нанесенным гумусированным слоем и на 93% - на участках без этого слоя. На основании проведенного эксперимента установлены масштабы усиления смыва на площадях, занятых отвалами, и сделано заключение о необходимости противоэрозионной защиты их при рекультивации.

Ускоренная аккумуляция вещества в районах добычи полезных ископаемых связана как с процессами размыва, так и с высокой мутностью сбрасываемых технологических вод. Осадконакопление идет как в стоячих водоемах на дне брошенных карьеров, так и в русле и на пойме рек. Кроме того, продукты смыва с отвалов в виде шлейфа распространяются на прилегающие к ним земли.

В затопленных карьерах скорость аккумуляции очень высока. Так, на открытых разработках в бассейне ручья Бивер-Крик, в штате Кентукки (США), мощность донных осадков в таких водоемах варьировала от десятков сантиметров до 1 м. Седиментация осуществлялась в течение 4-6 лет.

О масштабах ускоренной аккумуляции на дне долин можно судить по такому примеру. Между 1849 и 1914 гг. на западном склоне хребта Сьерра-Невада велась интенсивная гидравлическая разработка россыпей, и в р.Сакраменто и ее притоки было сброшено более 1,13 км³ наносов. Это вызвало ускоренную аккумуляцию на днищах долин, включая низовья р.Сакраменто. Пострадал и залив Сан-Франциско, площадь которого за 120 лет сократилась с 1233 до 1096 км , т.е. на 11%. Правда, в заполнении мелководий залива наносами виновата не только добыча золота в его бассейне, но и бесконтрольная распашка земель. Оба мероприятия были причиной поступления в залив обломочного материала объемом примерно в 1,7 км³ .

Оврaжная эрозия.

Она проявляется при сбросе шахтных, карьерных и бытовых вод в районе горнодобывающих предприятий. Оврагообразование широко распространено и обычно имеет значительные скорости порядка 10-20 м в год и более.

Оползни.

Это наиболее опасная и широко распространенная форма разрушения откосов выемок и уступов отвалов. В практике горных работ известны оползни объемом в сотни тысяч и десятки миллионов кубических метров. Иногда оползни перед отвалами перекрывали площади, в десятки раз превышающие занятые самими отвалами. Оползанию нередко предшествуют другие явления, например, оплывание или пластическое течение подстилающих пород. Нередко оползание идет одновременно с оплыванием. В этом случае имеют место сложные оползни - оползни оплывания, пластического течения и др.

По объему сползших масс различают оползни мелкие (сотни-тысячи м³), средние (десятки тысяч м³), крупные (сотни тысяч м³) и очень крупные (миллионы м³). Помимо оползней на участках выемки и отсыпки горных масс развивается ряд других процессов.

Обрушения и обвалы.

К ним принадлежат быстрые смещения и падения блоков и пачек пород, оторвавшихся от уступов или бортов карьера. Обрушения нередко начинаются с оскользней по подрезанным откосам карьера и поверхностям ослабления.

Осыпи. 

Осыпание происходит в форме смещения и падения мелких обломков и зерен пород, отделившихся в результате выветривания. Осыпи, вызванные или усиленные действием вибрации, называется осовами.

Оплывины.

В условиях значительного обводнения в бортах карьеров, сложенных фильтрационно неустойчивыми породами, наблюдается их оплывание. Оно особенно интенсивно в период вскрытия и в начале разработки месторождения, когда дренирующее действие карьера и водопонизительных устройств еще не проявилось в полной мере. Оплывание - одно из наиболее распространенных и важных видов фильтрационного разрушения откосов из несцементированных и обводненных пород.

Просадки. 

Это явление выражается в виде вертикального опускания прибортовых участков высокопористых рыхлых горных масс без образования сплошной поверхности скольжения.

Уплотнение пород.

Консолидация пород бортовых массивов происходит за счет снятия эффекта гидростатического взвешивания и устранения действия фильтрационного давления при осушении обводненных месторождений полезных ископаемых. Уплотнение пород отвалов под действием их собственного веса сопровождается уменьшением их пористости и влажности.

Сдвижение пород в массиве.

Деформации пород, залегающих над выработками, носят различный характер - от плавных, без нарушения сплошности пород, до их полной дезинтеграции. При глубине залегания разрабатываемых пластов меньше 30-40 кратной величины их мощности просадка налегающих пород осуществляется весьма интенсивно.

Возникающие провалы могут быть подразделены на пять типов:

1) мульдообразные - при разработке пластовых залежей средней (от 1,5 до 3 м) и большой (более 3 м) мощности, горизонтального и волнистого залегания или пологого падения (до 27°). Мульда сдвижения горных пород находится в зоне прогиба;

 2) мульдообразные террасированные - при разработке залежей пологого или наклонного (от 27^О до 45°) падения. Мульда сдвижения горных пород находится в зонах прогибов или обрушения; 3) каньонообразные - при разработке пластовых залежей средней и большой мощности, крутого падения (более 45°), с обрушением вмещающих пород. Мульда сдвижения находится в зоне обрушения;

4) каньонообразные с останцами - при разработке сближенных пластов с крепкими вмещающими метаморфическими породами, стойкими к выветриванию;

 5) кольцевые - при разработке крутопадающих штокообразных залежей. Мульда сдвижения находится в зоне обрушения.

Оседание поверхности с образованием мульд и разрывов.

Это происходит при избыточном расходовании подземных вод на орошение. Аналогичная картина имеет место при водопонижении в районах разработки месторождений твердых полезных ископаемых, а также на площадях, где внутрипластовое давление снижается из-за добычи нефти и газа. Мульды оседания часто заболачиваются или даже заполняются водой. Оседание на 2-3 м вызывает снижение урожайности сельскохозяйственных культур на 10%, на 5-6 м - на 50%. При просадках более чем на 8 м земельные угодья разрушаются полностью.

Образование провалов.

Активизация процессов выщелачивания и снятие сил гидростатического взвешивания в зонах депрессионных воронок иногда приводит к формированию провалов. Так, в Казахстане, в предгорьях Каратау, на окраине г. Кентау в 1978 г. произошел карстовый провал в девонских известняках. Он сопровождался сотрясением земли, гулом и образованием грибовидного столба пыли. Площадь устья провала составила 1200 м² и видимая глубина достигла 50-55 м. Для засыпки провала потребовалось около 30 тыс. м³ пустой породы. Описанное явление было вызвано нарушением естественного режима гидрогеологических и инженерно-геологических условий вследствие многолетней откачки воды из действующего рудника полиметаллического комбината и понижения уровня подземных вод на глубину 200 м. Вокруг месторождения с охватом всей территории города образовалась огромная депрессионная воронка площадью 1000 км.

По-видимому, аналогичные явления неоднократно имели место в районе Йоханнесбурга (ЮАР), где ведется подземная добыча рудного золота. Здесь в результате понижения уровня подземных вод в мощной (до 1000 м) доломитово-известняковой свите Трансвааль неоднократно возникали провальные воронки диаметром свыше 50 м и глубиной более 30 м и ряд более мелких. В декабре 1962 г. внезапно возник крупный провал под заводом, располагавшимся вблизи ствола одной из шахт. Завод полностью был поглощен провалом, при этом погибло 29 человек. В августе 1964 г. при сходных обстоятельствах провал поглотил дом вместе с пятью жильцами.

Горные удары и стреляние обломками пород.

Этот вид экзодинамических процессов как и ряд других рассматриваемых ниже осуществляются за счет реализации природных источников энергии, тогда как деятельность человека служит лишь своего рода спусковым крючком для них. Горные удары и стреляние обломками происходят в результате мгновенной разгрузки упругих деформаций высокопрочных скальных пород в местах максимальной концентрации напряжений и их перераспределении в связи с проходкой выработок обычно на глубинах свыше 200 м.