Муниципальное общеобразовательное учреждение «Абазинская средняя общеобразовательная школа № 50»

Секция Загрязнение сред обитания

Анализ комплексного экологического воздействия отвалов добычи и обогащения железной руды на примере железорудного предприятия «Абаканский рудник»

Выполнила:

 ученица 11 «Б» класса Шевердук Алена Андреевна

Научный руководитель:

учитель биологии высшей квалификационной категории

Кирилюк Ольга Степановна

olga_kirilyuk08@mail.ru

Абаза  2016

Содержание:

Введение

1. Горнорудное предприятие – Абаканский рудник___________________4

1. Абаканское железорудное месторождение _____________________4
2. Технология обогащения руды________________________________6
3. Основные методы утилизации хвостов_________________________7

2. Экологическое влияние добычи руды на окружающий ландшафт

1. Влияние на эндогенные геологические процессы___________________9
2. Воздействие на биосферу_______________________________________10

3. Комплексное исследование хвостов на отвале «Южный»

1. Протокол анализа хвостов сухой магнитной сепарации_____________11
2. Протокол биотестирования пробы_______________________________12
3. Заключение о соответствии_____________________________________13
4. Воздействие отходов переработки полезных ископаемых на водоемы__13
5. Анализ проб атмосферного воздуха______________________________15
6. Анализ проб почвы____________________________________________16

Выводы по результатам исследования____________________________15

4. Первичная сукцессия и способы рекультивации отвалов

1. Проект реконструкции объектов Абаканского рудника с целью поддержания мощности по отвалам ____________________________________________18
2. Естественное лесовозобновление - результат первичной сукцессии_____________________________________________________19

Общий вывод_____________________________________________________23

Заключение_________________________________________________________24

Использованная литература___________________________________________26

Приложение________________________________________________________27

Введение

Основной составляющей пространства обитания человека служит земная поверхность - поверхность литосферы. Литосфера является источником всех минеральных ресурсов, одним из основных объектов антропогенной деятельности. Главной ценностью является почвенный слой литосферы. Используя недра для добычи полезных ископаемых, следует заботиться о рекультивации нарушенных производством земель.

Добыча полезных ископаемых является одним из наиболее катастрофичных воздействий хозяйственной деятельности человека на таежные экосистемы, в результате которого практически полностью уничтожаются естественные сообщества, изменяется рельеф, водный режим рядом расположенных территорий, образуются новые, не свойственные территории субстраты.

Наш таежный городок Абаза тесно связан с деятельностью горнорудного предприятия «Абаканский рудник». На руднике работает большая часть жителей Абазы. Сейчас рудник переживает нелегкие для себя времена, существует опасение закрытия нашего градообразуюшего предприятия.

20 миллионов тонн. Примерно столько весит гора щебня, бросающая тень на самый отдаленный от центра Хакасии город. Абаза давно привыкла к такому соседству (отвалам более пятидесяти лет).

Актуальность темы: Для существования человека необходимо использование природных ресурсов. Человек, являясь частью природы, потребляет многие из ее ресурсов. Само существование человека зависит от существования природы, поэтому так важно беречь и охранять природу.

Цель работы: Исследование комплексного экологического воздействия отвалов на природную среду г. Абаза.

Для достижения целей были поставлены следующие задачи:

1. Изучить историю развития горного дела в Абазе;
2. Изучить технологию добычи железной руды;
3. Провести анализ комплексного экологического воздействия отвалов на природную среду;
4. Исследовать особенности первичной сукцессии на отвалах «Абаканского рудника».

Объект исследования: Отходы производства при добыче железной руды.

Предмет: Влияние  отвалов на естественные ландшафты.

Гипотеза: Отходы железорудного предприятия оказывают негативное воздействие на окружающую природную среду.

Новизна работы: Впервые проведен сравнительный анализ комплексного воздействия отходов добычи и обогащения  железной руды на природную среду г. Абазы,  исследован процесс первичной сукцессии на отвалах.

Практическая значимость работы: Материалы исследований могут использоваться при изучении школьного курса географии, экологии  нашей местности, при проведении школьных мероприятий по охране окружающей среды и природных ресурсов.

1. Методика исследования: Практические результаты исследовательской  работы получены на основе анализа и обобщения литературных источников, сравнительного анализа данных лаборатории «Абаканского рудника», натурных наблюдений растительного покрова.

                           1.  Горнорудное предприятие – Абаканский рудник

1. Абаканское железорудное месторождение

Абаканское железорудное месторождение — железорудное месторождение в Хакасии, вблизи города Абаза. Расположено в северо-восточных отрогах Западного Саяна, на юго-восточном крыле Хансынской антиклинали^[1]. Известно с 1856 года и названо уральскими мастерами «Абаканская благодать». После открытия разработка руд велась периодически.

В 1947—1959 годах построено предприятие по добыче и обогащению руд — Абаканское рудоуправление.

С 1956 года месторождение разрабатывалось открытым способом (до глубины 140 м), с 1962 года — подземным (шахта глубиной 400 м).

Здесь содержится: магнетит, актинолит, хлорит, кальцит, андезит и кобальтосодержащий пирит (см. Приложение № 3).

Разведанные запасы руды со средним содержанием железа 41,7 — 43,4% с примесью цинка и серы составляют 140 миллионов тонн. Среднегодовая добыча 2,4 миллионов тонн (1981). Промышленный продукт содержит около 47,5% железа.

^[2]Месторождение вскрыто 5 вертикальными стволами и этажными квершлагами. Система разработки — этажное принудительное обрушение с отбойкой руды на вертикальное компенсационное пространство в зажатой среде. Высота этажа 60-80 м. Извлечение руды 85%. Годовая добыча руды 2,4 млн. т (1981). Производительность подземного рабочего 21,1 т в смену (см. Приложение № 1, 2).

Руда обогащается двухстадийной сухой магнитной сепарацией. Промышленный продукт (с содержанием Fe 47,5%) направляется для дальнейшего обогащения на обогатительно-агломерационную фабрику в г. Абаза. Промышленные центры — г. Абаза и связанные с ним железной дорогой г. Абакан (170 км) и г. Новокузнецк (360 км). Основной потребитель руды — Кузнецкий металлургический комбинат.

^[3]Попутные компоненты в рудах

1. В рудах Абаканского месторождения присутствуют кобальт, медь, никель, золото и др. ценные компоненты. В процессе разведки глубоких горизонтов все групповые пробы были исследованы на указанные элементы. На всех технологических пробах проведено изучение с целью возможности комплексного использования руд. Было установлено, что промышленный интерес в рудах глубоких горизонтов, также как и в рудах верхних горизонтов, может представлять кобальт и частично медь. Никель, в основном, концентрируется в сульфидных концентратах, получаемых их хвостов сухой магнитной сепарации в очень незначительных количествах. Содержание золота низкое. Среднее содержание не превышает 0,5 г/т. Из вредных компонентов, кроме серы и фосфора отмечается повышенное содержание мышьяка из хвостов СМС.
2. Строительные материалы

Отходы обогащения Абазинской ДОФ используются как стройматериалы ограниченно для собственных нужд рудника.

^[4]К настоящему моменту на руднике складировано более 16,6 млн. тонн отходов

и ежегодно в дальнейшем предусматривается складирование по 1,1-1,2 млн.тонн.

Необходимые исследования физико-механических свойств отходов обогащения, на предмет использования их как стройматериалы, проводились неоднократно, в том числе: Новосибирским филиалом института "Гипротранскарьер" ГУЛ МПС СССР, Омским филиалом СоюзДОРНММ и др. Результаты положительные:

- отходы отвечают всем требованиям ГОСТ 7392-55 "Щебень из естественного камня для балластного слоя железнодорожного пути";

- отходы отвечают требованиям РОСТ 8267-64, ГОСТ 842463, ГОСТ 9128-59 и относятся к материалу 1 класса (СНиП1-Д, 2-62).

- щебень  пригоден для приготовления асфальтобетона и цементного бетона марок "500"- "100" (из заключений указанных институтов).

Физико-механические свойства отходов обогащения:

Гранулометрический состав - представлен смесью фракций 70-3 мм, пылевидные частицы составляют 1%.

Объёмный вес - 2,84 т/м3.

Реализация отходов на сторону не производится из-за отсутствия возможности планирования и получения железнодорожных вагонов под погрузку отходов, хотя потребители имеются.

2. Технология обогащения железных руд

Обогащением руды называется операция, увеличивающая содержание железа или снижающая содержание вредных примесей в руде. Обогащение железных руд осуществляют с целью получения кондиционных концентратов и продуктов для металлургической промышленности и других производств.
Сырьем для железорудных концентратов являются магнетитовые, гематитовые, гематитомагнетитовые и в меньшей мере бурожелезняковые и сидеритовые руды. Наиболее широко распространенную группу руд представляют магнетитовые кварциты. Основным рудным минералом в них является магнетит Fe3O4 и в незначительных содержаниях присутствуют гематит, мартит Fе2О3 и сидерит FeCO3. Пустая порода представлена кварцем SiO2.
Основным методом обогащения магнетитовых руд является магнитная сепарация, а в ряде переделов применяют промывку, отсадку и флотацию. При содержании в исходной руде 34,9 % железа получают конечный концентрат с содержанием более 65 % и хвосты с содержанием менее 12 % железа. Извлечение железа в концентраты из руды составляет 81,0 %.

Объемы отходов составляют 40 – 60% от объема обогащаемого материала. Хвостохранилища занимают огромные площади,  подтапливают прилегающие территории, загрязняют подземные воды.  

^[5]Отходы ДОФ ООО «Абаканский рудник», складируемые на Южный отвал по состоянию на 01.11.2015 г составляют 19465095 т. Фракции отходов 0-80 мм со средним содержанием Fe общ. 10-15 %. (см. Приложение № 4)

3. Основные методы утилизации хвостов.

Ежегодно мировая промышленность извлекает из недр Земли около 10 миллиардов тонн твердых веществ, 70% которых впоследствии становятся отходами при производстве промышленной продукции. Под отвалы и хвосты отчуждаются огромные площади с ценными землями, твердые отходы засоряют водный и воздушный бассейны.

Направления возможного использования отходов добычи и обогащения железных руд

• В черной металлургии – для дальнейшей переработки и доизвлечения полезных компонентов

• В горно-рудной промышленности - для гидравлической закладки выработанных пространств шахт и рудников
• В строительстве – в качестве замены щебня, песка или в дополнение к ним

^[6]Большой интерес как источник благородных металлов представляют хвосты обогащения руд цветных и редких металлов. Уровни накопления золота здесь сопоставимы с отходами переработки руд собственно золоторудных месторождений.

Значительны запасы золота в хвостах обогащения железных руд. Запасы золота в хвостах сухой магнитной сепарации Абаканского рудника составляют около 20 т. Отходы обогащения железистых кварцитов повсеместно содержат золото в количестве 0,5–0,6 г/т. Ресурсы его, учитывая огромные объемы хвостохранилищ, могут составить сотни тонн (Беневольский, 1995 г., Шелехов и др., 1999 г.).

В частности, в переработку методом кучного выщелачивания стали активно вовлекаться отходы горного производства с содержанием металла 0,8–1,5 г/т. В России к решению этой проблемы подошли несколько позже, хотя в переработку по традиционным схемам обогащенные золотом породы отвального комплекса вовлекались давно. В Сибири такие отвалы переработаны на Саралинском, Артемовском и Коммунаровском рудниках. В настоящее время активно осваивается отвальный комплекс ООО «Соврудник».

Результат исследования: 1. Отвалы (хвостохранилище) востребованы для строительных работ, в частности  предприятие «Абаканский рудник» поставляет щебень на строительные нужды различных предприятий, но в небольшом объеме.  2. В настоящее время отвалы не увеличиваются, на поверхность порода в промышленных объемах (как было раньше) из шахты не поступает. Технологию изменили, так как щебня очень много, продать его нет возможности. Отвалы перестали отсыпать с 2007 года, пустую породу высыпают в карьер,  сбрасывая в воронку обрушения. Также большую часть отходов оставляют  в земных глубинах - засыпают образовавшиеся в земле пустоты.

1. Экологическое влияние добычи железной руды на окружающий ландшафт

1. Влияние добычи железной руды на эндогенные геологические процессы

Многие антропогенные процессы носят деструктивный характер и не только изменяют структуру естественного ландшафта, но и обуславливают возникновение новых гидрогеологических условий, активизацию эндогенных геологических процессов, нарушение природных экосистем, что ведет к нарушению экологических равновесий в экосистемах и вызывают экологическую дестабилизацию ландшафтов. В таких ландшафтах снижаются возможности экосистем к саморегуляции и восстановлению.

Район  является сейсмоопасным. ^[7]Сейсмичность района Абаканского месторождения составляет 7 баллов. Горные породы железнорудного месторождения, разрабатываемые подземным способом, характеризуются как удароопасные. Результаты ряда исследований, показывают, что даже слабые сейсмические толчки при определённом сочетании условий могут способствовать возникновению критических ситуаций. Когда речь идёт о подземных горных работах, складах взрывчатых веществ, экологические последствия такого рода катастроф не требуют комментариев. Проблемы провоцирования сейсмичности имеют место и на Абаканском месторождении.

Горнопромышленный ландшафт нашей местности характеризуется уничтожением природного ландшафта, на месте которого возникли шахта, карьер, отвалы, отходы первичного обогащения руд, транспортные магистрали и т.д. Отрицательное влияние отвалов заключается в том, что они занимают полезную площадь, которая могла бы как - либо использоваться.

2.2 Воздействие горного производства на биосферу

^[8]Для всех способов разработки месторождений характерно воздействие на биосферу, затрагивающее практически все её элементы: водный и воздушный бассейны, землю, недра, растительный и животный мир.

Это воздействие может быть как непосредственным (прямым), так и косвенным, являющимся следствием первого. Размеры косвенного воздействия значительно превышают прямого воздействия и, как правило, в зону распространения косвенного воздействия попадает не только элемент биосферы, подвергающийся непосредственному воздействию, но и другие элементы.

В процессе горного производства образуются и быстро увеличиваются пространства, нарушенные горными выработками, отвалами пород и отходов переработки и представляющие собой бесплодные поверхности, отрицательное влияние которых распространяется на окружающие территории.

3. Комплексное исследование хвостов на отвале «Южный»

Огромные территории по площади занимают отходы Абазинской дробильно - обогатительной фабрики, вскрышные породы железорудного производства (хвосты).

1. ^[9]Протокол анализа хвостов сухой магнитной сепарации  (февраль 2014 г)

Место отбора пробы: промышленная площадка, южный отвал отходов ДОФ

Наименование отхода:  Хвосты сухой магнитной сепарации

Таблица 1. Пересчет содержания компонентов химического состава в ионной форме на их содержание в %.

2. Протокол биотестирования пробы (февраль 2014 г)

Процедура отбора, пробоподготовки и выполнения биотестирования проведены согласно методики (ПНД Ф Т 14.1:2:4. 12-06, Т 1:2.3:3.9-06; ПНД Ф Т 14.1:2:4.10-2004,  Т 16.1:2.3:3.7-2004).

Характеристика условий биотестирования в начале и при завершении биотестирования в пределах оптимальных значений, установленных в методиках.

Таблица 2. Результаты биотестирования пробы

Заключение к протоколу биотестирования: Проведено биотестирование водной вытяжки из отхода «Хвосты сухой магнитной сепарации».

Таблица 3. Отнесение к классу опасности для окружающей среды

3.3 Заключение о соответствии государственным санитарно – эпидемиологическим требованиям  результатов лабораторных исследований:

При проведении санитарно – эпидемиологической экспертизы установлено:  Удельная активность естественных радионуклидов составляет 33, 5 Бк/кг, в соответствии с требованиями СанПиН. Исследованный материал (щебень) по показателям радиационной безопасности относится к 1 классу (удельная активность радионуклидов до 370 Бк/кг).

3.4 Воздействие отходов переработки полезных ископаемых на водоемы

В связи с осушением месторождений и сбросом дренажных и сточных вод (отходов переработки полезных ископаемых) в поверхностные водоёмы и водотоки резко изменяются гидрогеологические и гидрологические условия в районе месторождения, ухудшается качество подземных и поверхностных вод.  

^[10]В Абазе можно водить наглядно-показательные экологические экскурсии о воздействии человека на реки. Здесь за полвека хозяйственной деятельности почти уничтожили три реки: Рудная Киня (в некоторых источниках она упоминается как Первая), Средняя Киня и Дальняя Киня. Вполне возможно, что по этой причине в общероссийском реестре рек нет этих водных источников. Нет упоминаний об этих реках и в «Энциклопедии Республики Хакасия». В буквальном смысле на русле этих рек в 50-60-е годы прошлого века построили промплощадки рудника, ТЭЦ, леспромхоза, лесокомбината, нефтебазы, перевалочной базы асбеста. Сегодня даже в Абазе мало кто помнит о существовании этих рек. Под рудными, шлаковыми, древесными отходами окрестных рек не видно.

Реки время от времени напоминают о себе в период половодья. Происходят ежегодные весенние подтопления, а иногда реки показывают свой норов: вырываются  потоком из-под отвалов,  размывают автодорожное полотно, устремляясь к мосту.  Год назад река вновь показала характер и силу, размыв железнодорожное полотно около нефтебазы.

• ^[11]Результаты анализов проб воды поверхностных водных объектов в зоне влияния отвала «Южный» за 2014 год

Таблица 4.

Заключение: Превышений ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения в фоновом створе нет. Согласно проведенных исследований отвал «Южный» не оказывает влияния на реки Дальняя Киня и Средняя Киня.

Анализ проб подземной и сточной воды

Место отбора проб:

1. Сброс шахтных вод

2. Наблюдательная скважина района отвала «Южный».

Процедура пробоподготовки согласно ГОСТ.

Определялись компоненты химического состава: Взвешенные вещества, биохимическое и химическое потребление кислорода, кислород растворенный, азот аммонийный, нитритный азот, нитратный азот, сульфат-ион, хлорид – ион, железо, жесткость воды, кальций, магний, фторид-ион, нефтепродукты, металлы в растворенной форме (кадмий, никель, свинец, ртуть, хром), фенолы, барий, сурьма.

Результаты анализа: содержание данных веществ в пределах нормы.

5.  Анализ проб атмосферного воздуха

Атмосфера загрязняется пылегазовыми организованными и неорганизованными выбросами и выделениями различных источников, в том числе горных выработок, отвалов, перерабатывающих цехов и фабрик. В результате комплексного воздействия на указанные элементы биосферы существенно ухудшаются условия произрастания растений, обитания животных, жизни человека.

^[12]Анализ проб атмосферного воздуха

Место отбора проб: Санитарно – защитная зона (СЗЗ) отвала «Южный».

Таблица 5. Результаты анализа

*Предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест. Величина ПДК максимальная разовая (Гигиенические нормативы – ГН 2.1.6.1338-03).

Результат: Содержание SiO² в пыли находится в пределах нормы.

6.  Анализ проб почвы

Недра, являясь объектом и операционным базисом горного производства, подвергаются наибольшему воздействию. Так как недра относятся к элементам биосферы, не обладающим способностью к естественному возобновлению в обозримом будущем, охрана их должна предусматривать обеспечение научно обоснованной и экономически оправданной полноты и комплексности использования.

Пробы были взяты в двух точках на границах отвала «Южный». Глубина отбора проб: 0 – 20 см.

Процедура пробоподготовки согласно ГОСТ. (Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа).

Таблица 6. Анализ проб почвы.

Результаты анализа проб почвы:

В результате исследований установлено, что содержание микроэлементов группы тяжелых металлов в исследованных образцах почвы было существенно ниже предельно допустимых концентраций (таблица). Так содержание Pb, который при попадании в организм человека через цепи питания способен вызывать тяжелые последствия, в исследуемых образцах содержание колебалось от 2,1 мг/кг в пробе № 2 до 2,5 мг/кг в пробе № 1, при норме 32 мг/кг.

Медь (повышает клеточную проницаемость, нарушает метаболизм) в исследуемых образцах содержание колебалось от 6,0 мг/кг в пробе № 2 до 8,6 мг/кг в пробе №1, при норме 33 мг/кг.

Никель (малотоксичен, обладает мутагенным действием) в исследуемых образцах содержание колебалось от 5, 4 мг/кг в пробе № 2 до 6,7  мг/кг в пробе №1, при норме 20 мг/кг.

Цинк (недостаток или избыток вызывают отклонения в развитии) в исследуемых образцах содержание колебалось от 21 мг/кг в пробе № 2 до 29 мг/кг в пробе №1, при норме 55 мг/кг.

Выводы по результатам исследования в районе отвала «Южный»:

• Проведено биотестирование водной вытяжки из отхода «Хвосты сухой магнитной сепарации», показавшее, что  исследуемая водная вытяжка не оказывает острое токсическое действие на тест – объекты Daphnia Magna Straus и Chlorella Vulgaris Beiger, БКР =1,0, следовательно, данный вид отходов может быть отнесен к пятому классу опасности для окружающей среды.
• Исследованный материал (щебень) по показателям радиационной безопасности относится к 1 классу (удельная активность радионуклидов до 370 Бк/кг).
• Оценка экологического состояния рек, находящихся в зоне деятельности предприятий горнодобывающего комплекса, позволяет классифицировать экологическое состояние р. Рудная Киня, Средняя Киня и  Дальняя Киня  - как слабозагрязненное. Превышений ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения в фоновом створе нет.
• Анализ проб подземной и сточной воды показал, что содержание вредных веществ находится в пределах нормы.
• Предельно допустимая концентрация (ПДК) загрязняющих веществ (пыль (с содержанием SiO²)  в атмосферном воздухе<0,05 при ПДК = 0,3
• При загрязнении почв тяжелыми металлами отмечено, что их содержание в исследованных образцах почвы было существенно ниже предельно допустимых концентраций.

4.Первичная сукцессия и способы рекультивации отвалов

4. 1 Проект реконструкции объектов Абаканского рудника с целью поддержания мощности по отвалам

Рекультивация земель - это комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и хозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды в соответствии с интересами общества. Любое строительство, добыча полезных ископаемых, геологоразведка и т.п. не могут начинаться, пока не будет разработан проект рекультивации нарушенного почвенного покрова.  Наше горнорудное предприятие также имеет «Проект реконструкции объектов АР с целью поддержания мощности по отвалам». Таким образом, рекультивация земель - одна из эффективных мер в решении вопросов рационального использования земельных ресурсов и проблемы охраны природы в целом.

Земли отвалов подлежат рекультивации с целью сдачи арендованных земель и уменьшения воздействия на окружающую среду.

^[13]Рекультивации на Абаканском руднике вне зависимости от размещения новой промплощадки подлежат:

1. Отвалы пустых пород
2. Отвалы отходов ДОФ в районе ст. Южная
3. Отвал отходов ДОФ в долине реки Дальняя Киня.

Дополнительно к вышеуказанным объектам, в варианте новой промплощадки в долине реки Средняя Киня, рекультивации подлежит отвал пустых пород, располагаемый в верховьях р.Средняя Киня новой промплощадки.

В варианте размещения промплощадки в долине реки Рудная Киня образование пустых пород предполагается в отработанный карьер, попадающий в зону обрушения горных пород от отработки месторождения подземным способом, проведение рекультивационных работ на площадях, попадающих в зону обрушения, нецелесообразно до окончания отработки месторождения (см. Приложение № 5).

4.2.Естественное лесовозобновление - результат первичной сукцессии

Важнейшими факторами, определяющими развитие растительности на начальных стадиях зарастания карьеров и отвалов в таежной зоне, являются размер нарушенной территории, рельеф, свойства субстрата, а также вид и интенсивность антропогенного влияния.

На ранних стадиях развития растительных сообществ карьеров и отвалов достаточно серьезную роль в формировании их состава играют заносные виды. В дальнейшем их число и обилие уменьшается и во всех изученных сообществах возрастает доля лесных видов.

На более поздних стадиях ведущим фактором формирования растительности на нарушенных территориях становится древесный ярус, определяющий как состав, так и обилие видов напочвенного покрова.

Проведя наблюдение за процессами зарастания отвалов в черте города Абазы, можно отметить: несмотря на насущную потребность в предотвращении негативного воздействия нарушенных земель на окружающую среду целенаправленной рекультивации отвалов не наблюдается. Происходит первичная сукцессия, естественное саморазвитие экосистемы.

Естественное зарастание нарушенных земель может рассматриваться как дополнительный фактор для биологической рекультивации. Такой подход возможен в лесной зоне, где основное направление рекультивации - это восстановление лесов, существовавших до проведения горных работ. По словам старожилов Абазы на месте складирования отходов раньше был сосновый бор, протекала река, где ловили рыбу, располагались картофельные поля.  И сейчас рядом с отвалами растет сосновый лес.

Обследованием отвалов хвостов нами установлено, что повсеместно происходит естественное, без вмешательства человека, поселение древесных и кустарниковых видов. Из древесных видов «пионером» заселения во всех случаях выступают береза и сосна. Из кустарников наиболее многочисленны ивы (в основном ива козья и серая), изредка - рябина. На отвалах, сложенных из рыхлых покровных суглинков, самосев этих видов появляется относительно быстро, на 2-3 год после отсыпки отвалов. На отвалах из глубинных горных пород, представленных каменистыми фракциями песчаников, алевролитов, аргиллитов, появление самосева древесных и кустарниковых видов происходит после частичного разложения камней и образования мелкозема: этот процесс растягивается на несколько лет, обычно на 3-5, а иногда и больше. На крутых откосах отвалов появление самосева также затруднено из-за осыпания грунта и эрозионного смыва. И все же, несмотря на неблагоприятные почвенные условия, на многих отвалах к 20-и годам после их отсыпки образуются березовые и сосновые молодняки разной густоты с кустарниковым и травянистым подлеском.

Количество подроста этих пород зависит от близости старых плодоносящих деревьев, более обильный самосев появляется на границе отвалов в ненарушенной лесной территории (см. Приложение № 6).

Птицы  разносят семена  такой ценной плодово-ягодной культуры как облепиха. В наших естественных лесах облепиха не произрастает, но рядом с автодорогой Абаза – Абакан можно наблюдать значительные плантации этого кустарника,  и на отвалах, благодаря «деятельности» птиц, также появляются эти кустарники. Такие «посеянные» птицами кусты облепихи встречаются практически на всех отвалах, где только есть мелкоземная фракция горных пород и сохраняются запасы влаги. Площадь облепишников естественным образом (разнос семян птицами и порослеобразование) увеличивается из года в год.

Естественное лесовозобновление спонтанно заполняет  пустые экологические ниши, причем именно теми видами, которые наиболее приспособлены к данным условиям и произрастают в рядом расположенных лесных сообществах.

Для оценки степени восстановления экологических функций территории мы сравнивали видовой состав естественно возобновившихся лесов с видовым составом существовавших здесь до ведения горных работ лесов. Сравнение можно проводить с близко расположенными лесами. В качестве примера приведем результаты описания по четырем участкам с различным естественным возобновлением, зависящим от давности отсыпки хвостов.

Выделенные нами участки № 1, 2 имеют южное направление, участок № 3 – юго-западное, участок № 4 расположен на северо – западе.

Участок № 1 (рядом с ТЭЦ), отвал сложен из гетерогенной смеси вскрышных пород, высота откоса  до 10-15 м, «возраст» отвала 10 лет. Наблюдается только редкий травяной покров, наблюдается древесная растительность. Для полного восстановления до хвойного леса потребуется около 120 лет (см. Приложение № 7).

Участок № 2 представлен 20-летним транспортным отвалом, рельеф бугристый с перепадом высот до 2-5 м. Древостой редкий – невысокие березки, травы. Средняя высота деревьев 6 м. Видовой состав бедный. На этом участке потребуется около 110 лет до образования краснолесья (см. Приложение № 8) .

Участок № 3, на отвале возрастом 25-30 лет, сложенном в основном из щебня, но на выровненных, защищенных поверхностях имеющий слой почвенного покрова, образовались скопления березы и сосны в возрасте 10-12  лет. Средняя высота деревьев 13-15 м. Видовой состав обеднен, по сравнению с исходной лесной экосистемой, потребуется в среднем 80 лет для того, чтобы пришел к норме (см. Приложение № 9).

Нами был выделен участок № 4, где лесовозобновление выражено наиболее полно. Косогор имеет северо – западное направление, хорошо защищен от ветровой и водной эрозии, почва влажная, рядом расположен участок смешанного леса. Почти весь отвал покрыт хорошо развитым древостоем (сосна обыкновенная, береза бородавчатая (высота деревьев 20-22 м., возраст деревьев примерно 25лет), кустарники, травы. Через несколько десятков лет этот участок полностью восстановится (см. Приложение № 10).

Выводы по главе:

1. Участок №1 был отсыпан сравнительно недавно, начало сукцессии. Участок № 2 был отсыпан раньше, сукцессия развивается. Участок № 3 – имеет другой наклон, более защищен от эрозии, более поздний по «возрасту» - сукцессионные процессы хорошо развиты. Участок № 4 – склон северо - западный, здесь скапливается влага, образовался почвенный покров, достаточный для хорошего развития древостоя.
2. Можно утверждать, что в достаточно благоприятных условиях естественное возобновление на нарушенных территориях будет соизмеримо с фоновой зональной растительностью и являться достаточным для восстановления природоохранных функций лесных экосистем на техногенных землях.
3. Процесс первичной сукцессии протекает с преимущественным преобладанием березы и сосны, которые характерны для нашей местности.
4.  Ускорить процесс формирования полноценных лесонасаждений с восстановлением биопродуктивности, а, следовательно, экологических функций до уровня 70-80 % от зональных лесов, возможно путем проведения мер по содействию естественному возобновлению. Для этого достаточно произвести посев семян хвойных лесообразующих пород под пологом поселившихся лиственных.
5. Один из законов экологии, сформированным Б.Коммонером, гласит: «Природа знает лучше», другими словами - природа сама подсказывает, что надо делать. Естественное возобновление леса - одна из таких подсказок.
6. Все вышесказанное не отрицает снижения требований к проведению рекультивации. Предприятия обязаны выполнять горнотехническую рекультивацию нарушенных земель, приводить в порядок разрушенный ландшафт. Естественное лесовозобновление - не альтернатива лесной рекультивации, а способ более полно использовать регенерационные природные возможности.

Общие выводы по исследовательской работе:

1. Месторождение близ города Абаза известно с 1856 года и названо уральскими мастерами «Абаканская благодать». Предприятие Абаканское рудоуправление было построено к 1959 году. Разведанные запасы руды составляют 140 миллионов тонн. К настоящему моменту на руднике складировано более 19,8 млн. тонн отходов.
2. Изначально месторождение разрабатывалось открытым способом, а с 1962 года — подземным. На данный момент система разработки — этажное принудительное обрушение с отбойкой руды на вертикальное компенсационное пространство в зажатой среде. После промышленный продукт направляется для дальнейшего обогащения на обогатительно-агломерационную фабрику в нашем городе. Основным методом обогащения является магнитная сепарация. Основной потребитель руды — Кузнецкий металлургический комбинат.
3. В результате проведенных экспертиз можно сказать, что отвал «Южный» не оказывает заметного вредного влияния на биосферу. Водная вытяжка из отвала не оказывает острое токсическое действие, «Южный» не оказывает влияния на близлежащие реки. Щебень по показателям радиационной безопасности не оказывает сильного воздействия и не является радиоактивно опасным. Содержание микроэлементов группы тяжелых металлов в почве существенно ниже предельно допустимых концентраций, пылегазовые выбросы в пределах допустимых норм. Отрицательное влияние отвалов заключается в том, что они занимают полезную площадь, которая могла бы как-либо использоваться, существенно меняют естественный природный ландшафт и негативно влияют на экосистему.
4. На данный момент не проводится масштабных мероприятий по рекультивации этих земель. Небольшая часть отвалов используется рудником для засыпки ранее использованного для добычи руды карьера и пустот обрушенных выработков, а также частными строительными компаниями.
5. Можно выделить несколько способов  восстановления природного ландшафта:

1. План рекультивации, разработанный Абаканским рудником;   
2. Естественная первичная сукцессия;
3. Продажа и использование щебня для подсыпки дорог, отсыпки дамб и т.п.
4. Вторичное использование для получения полезных металлов (железа, золота и т.

Заключение

Анализ проблемы взаимодействия горного производства и окружающей среды, позволил выявить закономерности этого взаимодействия и наметить основные пути решения проблемы в будущем:

• Оптимизация воздействия горного производства на окружающую среду может быть достигнута путем создания экологизированного производства, включающего технологии малоотходного, а в последующем - безотходного горного производства;
• Мониторинга той части биосферы, которая подвергается воздействию горного производства;
• Рациональное использование минеральных ресурсов и охрана окружающей среды;
• Познание законов биосферы и их учет при организации горного производства - важное условие предотвращения вредного воздействия шахт, рудников, карьеров и обогатительных фабрик на природную среду и улучшения ее состояния в будущем.
• Минимизация поступления металлосодержащих отходов в отвалы за счет снижения потерь металлов на всех технологических циклах: от добычи и обогащения до металлургического передела;
• В дальнейшем проблема ликвидации отвалов может быть успешно разрешена путем совмещения двух операций — переработки техногенных образований и технической рекультивации выемок отработанных карьеров и зон обрушения шахт.
• Особенно негативное влияние техногенных объектов на окружающую среду позволит снизить интенсификация рекультивации нарушенных земель;
• Основной идеей стратегии переработки отходов должна быть 100% утилизация хвостов, приносящая 100% прибыль.

Освоение экологических знаний способствует бережному отношению к природе, сохранению ее и меньшему количеству ответных ударов с ее стороны по человечеству.

Мы выражаем благодарность за помощь в работе директору Абаканского рудника ООО «Руда Хакасии» Матыленко Д.Ю., начальнику лаборатории охраны окружающей среды, промышленной санитарии и химического анализа Абаканского рудника Федоровой А.А.

Список литературы:

1. Алгебраистова Н.К., Алексеева Е.К., Коляго Е.К. Минералогия и технология обогащения лежалых хвостов ЗИФ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2000. — № 6. С. 191–197.
2. Афанасенко С.И., Лазариди А.Н., Лапухов А.С. и др. Хвосты обогатительных фабрик железорудных месторождений Алтае-Саянской области как нетрадиционный источник золота: Тез. докл. Международный симпозиум «Золото Сибири: геология...». Красноярск, 1999. С.176.
3. Баранник Л.П. «Лесопосадки на послепромышленных землях в Кузбассе»
4. Гриценко В.С "Безопасность жизнедеятельности" учебное пособие 2005г.
5.  Данилов-Данилян В.И., Экология охрана природы и экологическая безопасность. МНЭПУ, 1997
6. Дж. М. Андерсон Экология и науки об окружающей среде. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. С.96-101.
7. Кормилицын М. С. Основы экологии. М.: МПУ,1997. С.24.
8. Крятов Б. М. Абаканское месторождение // Большая российская энциклопедия
9. Лесовик Р.В., Алфимова Н.И., Ковтун М.Н., Ластовецкий А.Н. О возможности использования техногенных песков в качестве сырья для производства строительных материалов. Региональная архитектура и строительство. 2008. №2. С 10-15.
10. Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. -М.: Мысль,1990. С. 485-486.
11. Т.А. Саулова, О.О. Шляхова ГОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет» Влияние добычи железной руды на эндогенные геологические процессы и изменение естественного ландшафта
12. Ярошенко И.В., Коньшина Л.Г., Селезнев А.А., Екидин А.А.   «К вопросу благоустройства территорий санитарно-защитных зон предприятий горно-добывающей промышленности, занятых отвалами отработанных пород»
13. http://www.mining-enc.ru/a/abakanskoe-mestorozhdenie/
14. http://www.newecologist.ru/ecologs-4900-1.html
15. http://abakan.bezformata.ru                

Приложение № 1.

Отвал «Южный»

        Участок №1

        Участок №2

        Участок №1

        Участок №4

                                                                                                                                           Участок №2

                                                                                                                                           Участок №3

                                                                                                                                           Участок №4

Приложение № 2.

 Система этажно-принудительного обрушения с отбойкой руды на компенсационное пространство

На схеме:

1 — откаточная выработка;
2 — выработка для виброустановок;
3 — воронки выпуска руды;
4 — буровые выработки подсечного горизонта;
5 — буровые выработки верхнего горизонта;
6 — буровые выработки для образования компенсационного пространства;
7 — пучки взрывных скважин для обрушения целиков;
8 — вентиляционные выработки;
9 — отбитая руда;
10 — обрушенные залегающие породы;
11 — скважины для отбойки руды в камере;
12 — отрезная щель;
13 — скважины для обрушения потолочины;

Приложение № 3.

Наименование горных пород Абаканского месторождения

1. Метасоматически (интенсивно) измененные милонитизированные руды и породы зон дробления и смятия с проявлениями низкотемпературного метаморфизма (карбонатизация, хлоритизация, гидроокислы железа).

2. Алевролиты хлоритизированные, известняки, песчаники полимиктовые, метасоматиты кварц-кальцит -хлоритового состава, дайки кислого состава выветрелые.

3. Агломератовые туфы метасоматическиизмененые, туфоконгломераты, туфопесчаники, алевролиты окремненные, песчаники олигомиктовые (кварц-полевошпатовые) массивной текстуры, окремненные известняки, плагиогранитывыветрелые, дайки не измененные.

Приложение № 4.

Химический состав хвостов СМС ДОФ Абаканского рудника

Приложение №5

Выдержки из проекта реконструкции объектов АР с целью поддержания мощности по отвалам

Отвал «Южный»

^[14]«Основными объектами, подлежащими восстановлению для целевого использования в народном хозяйстве, являются отвалы. Однако рекультивационные работы особенно на отвалах пустых пород при подземной разработке месторождений, усложняются из-за их непригодности по химическим свойствам.

На отвалах скальных пород обычно предусматривается лесохозяйственное или строительное направление рекультивации.

Технический этап рекультивации при лесохозяйственном направлении должен обеспечить создание рекультивационного слоя из потенциально – плодородных пород (из – за отсутствия запасов плодородных земель), являющихся лесопригодными. На техническом этапе рекультивации на площади, предназначенной под облесение, должны быть обеспечены условия для проведения лесокультурных работ – посадки и последующего ухода механизированным способом. Все это отражается на сроках рекультивации нарушенных площадей, а также ведет к значительным затратам на их восстановление.

Восстановление отвальных  площадей из скальных пород, даже при лесохозяйственном направлении рекультивации, имеет свои характерные особенности:

1. Создание специального поверхностного слоя, отвечающего требованиям биологического этапа рекультивации:
2. Превышение отметок отвалов, относительно уровня окружающей поверхности.
3. Необходимость  проведения большого объема планировочных работ (первичная и вторичная планировки).
4. Влияние просадочных явлений на качество формирования поверхности.
5. Отсутствие естественного водофильтрующего горизонта.
6. Вероятность наличия на поверхности токсичных пород, вследствие чего возникает необходимость создания экранирующего слоя.

Технология восстановления земель, нарушенных отвалами, включает в себя выполнение ряда последовательных операций: планировка рекультивируемой поверхности, снятие плодородного (потенциально плодородного) слоя почвы, погрузки и транспортировки почвы на рекультивируемую поверхность, формирование нарушенной поверхности под биологический этап рекультивации, вторичная планировка рекультивируемой поверхности.

В соответствии со сложившимися местными условиями, основными направлениями восстановления нарушенных земель при подземном способе отработки месторождения могут быть лесохозяйственное и строительное (из-за отсутствия свободных площадей для строительства промышленных объектов) направления рекультивации.

Под строительное направление рекультивируются отвал пород в долине р.Рудная Киня и частично отвал отходов ДОФ в районе ст. Южная. Большую часть заскладированных отходов предполагается реализовать как строительный материал.

В связи с содержанием кобальта в отходах ДОФ, последние складируются в специальный отвал в долине реки Дальняя Киня до разработки технологии, позволяющей экономически целесообразное его извлечение, необходимость разработки отвала отходов ДОФ в перспективе не позволяет рекультивировать отвал по целевому назначению (лесохозяйственному).

С целью ликвидации отрицательного воздействия на окружающую среду отвала отходов (до его разработки) настоящим проектом предусматривается нанесение на поверхность отвала потенциально – плодородного слоя, внесение минеральных удобрений и посев травы.

Отвалы пустых пород в долине рек Рудная Киня и Средняя Киня настоящим проектом предусматривается рекультивировать под лесохозяйственное направление.

Определены объемы работ по проведению горнотехнической и биологической рекультивации.

Горнотехнический этап рекультивации.

В соответствии с техническими условиями на рекультивацию горнотехнического этапа в объемах работ предусматривается:

1. Планировка отвалов с приданием поверхности соответствующего уклона.
2. Устройство траншей на поверхности скальных отвалов с последующим заполнением потенциально – плодородным грунтом для посадки саженцев сосны. Траншеи приняты глубиной 0,9 м., шириной 8 м. на расстоянии в осях 4 м.
3. Нанесение потенциально – плодородного грунта слоем 0,4 м на всю поверхность отвала для последующего посева трав из специального разрабатываемого карьера суглинков.
4. Устройство земельного вала высотой 0, 5 м на бровке отвала из потенциально плодородного грунта, который предусматривается для ускорения процесса самозарастания откосов отвала. Частично размываясь, грунт будет распространяться на поверхности откосов.

Для отвала отходов ДОФ, располагаемого в долине р. Дальняя Киня, проектом предусматривается нанесение потенциально – плодородного грунта слоем 0, 2м с посевом многолетних трав (например, донника белого и желтого, мятлика лугового и костра безостого) 10 кг на 1 га, внесением удобрений и с устройством земляного вала высотой 0,5 м на бровке отвала.  Частично размываясь, грунт будет распространяться на поверхность откосов и создавать благоприятные условия для их самозарастания.

Для проведения рекультивации предусмотрено использование автодорог, оставшихся после проведения горных работ.

Биологический этап рекультивации

Проектом предусматривается создание на территории отвалов пород лесного массива из сосны, которая надежно закрепит поверхность отвалов от ветровой и водной эрозии, оздоровит ландшафтную обстановку. Сосна обыкновенная является главной породой для облесения земель». Сосна устойчива против морозов.  К почвенным условиям сосна нетребовательна. Сосна обыкновенная выносит не только сухость почв, но мирится также и с сухостью воздуха. Сосна обыкновенная — одна из лучших мелиоративных пород для закрепления песков, укрепления горных склонов и борьбы с оврагами, для создания полезащитных полос, устройства живых придорожных полос, для облесения пустырей и сухих горных склонов

Приложение № 6. Более обильный самосев появляется на границе отвалов в ненарушенной лесной территории

Приложение № 7, 8

Участок № 1                                             Участок № 2

Приложение № 9, 10

 Участок№3                                                     Участок№4