Недра используют:
- для геологической разведки и изучения месторождений полезных ископаемых;
- строительства и эксплуатации различных подземных сооружений;
- добычи полезных ископаемых;
- образования особо охраняемых геологических объектов, имеющих научное, культурное, эстетическое, санитарно-оздоровительное и иное значение.
Самовольное пользование недрами и самовольная застройка площадей залегания полезных ископаемых не допускаются и прекращаются без возмещения затрат, произведенных за время незаконного пользования недрами.
При выборе участка на стадии обоснования инвестиций строительства следует:
- обеспечивать установленный законодательством порядок предоставления территории с полезными ископаемыми под застройку;
- предупреждать самовольное использование недр;
- соблюдать утвержденные в установленном порядке, стандарты, нормы, правила, регламентирующие условия охраны недр;
- обеспечивать охрану зданий и сооружений от вредного влияния работ, связанных с пользованием недрами.
Использование недр разрешается при наличии лицензии, которая выдается одновременно с предоставлением земельного участка, и удостоверяет право пользователя на проведение работ по геологическому изучению недр, разработке месторождений полезных ископаемых, использованию отходов горнодобывающего и связанных с ним перерабатывающих производств, использованию недр в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых и т. д.
Застройка площадей залегания полезных ископаемых, а также размещение в местах их залегания подземных сооружений допускаются с разрешения СУГО при условии обеспечения возможности извлечения полезных ископаемых или доказанности экономической целесообразности застройки.
Проектирование и строительство различных объектов разрешается только после получения данных об отсутствии полезных ископаемых в недрах под участком предстоящей застройки.
Объекты строительства воздействуют на геологическую среду, так как происходит увеличение нагрузки на грунты оснований от веса различных сооружений, изменяются гидрогеологические характеристики и условия подземного стока, создается угроза возникновения опасных геологических процессов и т. п.
Оценка инженерно-геологических условий включает:
- сейсмичность района;
- тектоническое, литологическое и структурное строение участка;
- физико-механические свойства грунтов (пород) и условия их залегания;
- наличие многолетней мерзлоты (мощность, льдистость, глубина протаивания и др.);
- инженерно-геологическая карта масштаба 1:10 000–1:25 000.
Производят изучение следующих гидрогеологических условий:
- простирание и мощность водоносных горизонтов и водоупорных пластов:
- область питания и разгрузки каждого горизонта;
- запасы подземных вод;
- характер уровней подземных горизонтов (напорный, безнапорный);
- уровни грунтовых вод (средний многолетний, минимальный и максимальный);
- химические и физические свойства подземных вод;
- взаимосвязь между поверхностными и подземными водами;
- агрессивность подземных вод.
В характеристику опасных экзогенных процессов включают:
- наличие и проявление на территории оползней, карста, обвалов, суффозии, селей и др., с приложением карты масштаба 1:25 000–1:50 000;
- наличие и проявление криогенных процессов;
- геоморфологические, геологические, гидрогеологические и другие условия, определяющие развитие и интенсивность проявления экзогенных процессов;
- прогноз развития техногенных геологических процессов и возможность активизации существующих.
Виды воздействий на геологическую среду и их интенсивность различны на отдельных участках строительства. Часто наблюдается возникновение нескольких неблагоприятных экзогенных процессов. Их оценка производится на стадии инженерно-экологических изысканий. Основными требованиями по обеспечению экологической устойчивости геологической среды является разработка мероприятий по защите промплощадок и прилегающей территории от воздействия поверхностного и подземного стока, нагрузок от строящихся сооружений.
Основными требованиями по рациональному использованию и охране недр при проектировании являются:
- соблюдение установленного порядка предоставления недр в пользование;
- учет извлекаемых и оставляемых в недрах запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов;
- обеспечение наиболее полного извлечения из недр запасов основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых и попутных компонентов;
- обеспечение полноты геологического изучения и рационального комплексного использования недр;
- охрана месторождений полезных ископаемых от затопления, подтопления, пожаров и других факторов, снижающих качество полезных ископаемых и промышленную ценность месторождений или осложняющих их разработку;
- разработка мероприятий по защите территории строительных площадок, подстилающих грунтов и прилегающих земель от поглощения поверхностного стока и загрязнения;
- предупреждение вредного влияния работ, связанных с пользованием недрами, на сохранность запасов полезных ископаемых, эксплуатируемых и находящихся на консервации горных выработок и буровых скважин, а также подземных сооружений;
- предотвращение загрязнения недр при проведении работ, связанных с пользованием недрами, особенно при подземном хранении нефти, газа или иных веществ и материалов, захоронении вредных веществ и отходов производства, сбросе возвратных вод.
При разработке проектной документации на строительство предприятий добывающей промышленности и добычу полезных ископаемых решения по охране недр должны предусматривать:
- эффективное использование балансовых запасов основных и запасов сопутствующих полезных ископаемых, а также сохранение в недрах или складирование забалансовых запасов для последующего промышленного освоения;
- применение прогрессивных способов обогащения и переработки минерального сырья, комплексное извлечение из него полезных компонентов;
- исключение выборочной отработки наиболее богатых участков месторождения, а также подработки рудных тел и залежей, приводящей к снижению качества запасов полезных ископаемых;
- складирование и хранение попутно добываемых и временно не используемых полезных ископаемых и отходов производства, содержащих полезные ископаемые и ценные компоненты;
- рациональное использование вскрышных и вмещающих пород и отходов;
- проведение мероприятий, обеспечивающих охрану земель от воздействия горных работ и выбросов (сбросов) проектируемого объекта;
- проведение мероприятий по предупреждению выхода загрязненных подземных вод в другие горизонты и на дневную поверхность;
- рекультивацию нарушенных горными работами земель и приведение их в состояние, пригодное для дальнейшего использования.
Составной часть проектов добычи минерального сырья являются проекты рекультивации нарушенных земель (см. тема 24). В ходе проектирования рекультивационных работ, часто необходимо предусмотреть программу очистки грунтов. Принято выделять следующие методы очистки грунтов (Королев В.А., 2001): механические, электрохимические, химические, физико-химичес-кие и биологические.
К механическому удалению загрязнений приходится прибегать в тех случаях, когда другие методы очистки неэффективны. Для этого используется различная землеройная и дорожностроительная техника (экскаваторы, бульдозеры, скреперы, фрезеры и т. п.
Механическая деструкция загрязнителей проводится с целью разрушения загрязнителей на месте или с целью предварительной механической подготовки грунта для его дальнейшей очистки комбинированными методами. Для этого используют: механическое дробление грунта, механическое просеивание, рыхление и т. п.
Механическая локализация загрязнителей в массивах с целью недопущения расползания аномалии осуществляется с помощью механических экранов (непроницаемых, создаваемых из различных природных или исскуственных материалов, помещаемых в массив и окружающий очаг загрязнений со всех или некоторых сторон).
Гидродинамическое воздействие (дренаж, откачка, шунтирование, фильтрование и т. п.) широко применяется при очистке массивов пород различного размера.
Близкими по механизму действия к гидродинамическим методам очистки являются аэродинамические (продувка, вакуумная очистка, газовая нейтрализация загрязнителей).
Термические методы удаления загрязнителей основаны на явлении термоосмоса[1]. Метод применим лишь для массивов дисперстных или токопористых скальных грунтов, в которых возможен термоосмос.
Термические методы разрушения (деструкции) используют как за счет нагревания ( нагревание, витрификация[2], паровакуумной экстракции[3] так и охлаждения массива.
Электромагнитные методы очистки грунтов от загрязнителей основаны на действии различных электромагнитных полей – магнитное удаление загрязнителей (высокоградиентная магнитная сепарация и др.), электромагнитная деструкция загрязнителей (магнитная обработка, ультрозвуковая деструкция, импульсная ультрофиолетовая очистка и др.).
Химическое удаление загрязнителей основано на химических реакциях (реагентное выщелачивание) и растворении загрязнителя. Просачивание жидкого выщелачивающего реагента через пористую или зернистую породу называется перколяцией. Реагентное растворение применяют в целях извлечения тяжелых металлов, урана и соответствующих ему поливалентных металлов.
Среди химических методов деструкции важная роль отводится гидролизу[4] загрязнителей. При гидролизе загрязнителей, представленных солями, образуются кислоты и основания. Гидролиз солей, как правило, обратимая реакция, которая характеризуется отношением концентрации гидролизованных молекул загрязнителя к общей концентрации соли в поровом растворе грунта (степенью гидролиза).
Методы осаждения основаны на ионных реакциях, протекающих с образованием малорастворимых веществ, выпадающих в осадок в виде цемента в порах грунта.
Процесс химического окисления загрязнений в почвах, породах, подземных и поверхностных водах основывается на отдаче электронов с внешнего неустойчивого слоя электронной оболочки атомов веществ и элементов, что приводит к переходу загрязняющих веществ в менее токсичную и реакционноспособную форму. Эти методы используют для удаления ароматических углеводородов, нефтяных углеводородов, ионов аммония, элементарного фтора и микроорганизмов.
Окисление кислородом и воздухом применяют преимущественно для грунтов неоднородных по проницаемости или слабопроницаемых. Для химического разрушения полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) и микробов используют метод озонирования.
Для химического обеззараживания грунтов, в которых содержатся патогенные микробы и бактерии, могут использоваться химические бактерицидные вещества – пестициды и антисептические средства, разрешенные для применения Минздравом.
Физико-химические методы удаления загрязнителей основаны на явлениях массообмена – экстрагирование, диффузия, диффузиофорез[5] и др.
Экстрагирование (выщелачивание) загрязнителей в общем случае включает следующие стадии физико-химических процессов: 1) проникновение экстрагента в поры, пустоты и микротрещины грунта; 2) растворение загрязнителя; 3) перенос загрязнителя под воздействием молекулярной диффузии из глубины твердых минеральных частиц к поверхности раздела фаз «грунт-экстрагент»; 4) перенос загрязнителя под воздействием конвективной диффузии от поверхности раздела фаз в объем экстрагента.
Биологические методы основаны на способности различных групп живых организмов в процессе жизнедеятельности разлагать или аккумулировать в своей биомассе многие загрязнители и используются чаще всего для удаления органических загрязнителей, тяжелых металлов, азотных и фосфорных соединений, радионуклидов. Широкое применяются биологические методы очистки почв, которые подразделяются на[6]: 1) методы микробиодеградации загрязнителей; 2) методы биопоглощения и перераспределения загрязнителей.
При добыче полезных ископаемых специальными методами (выщелачивание, подземная газификация и др.) экологические требования должны учитываться в ведомственных документах, согласованных с Ростехнадзором.
В проектах должны предусматриваться мероприятия по предупреждению снижения качества полезных ископаемых в результате выветривания, окисления, самовозгорания и т. п., а также мероприятия по охране временно консервируемых запасов, исключению или сокращению потерь в целиках различного назначения.
При наличии на разрабатываемом месторождении совместно залегающих балансовых запасов других полезных ископаемых в проектных решениях следует предусмотреть мероприятия по извлечению, складированию и дальнейшему использованию сопутствующих компонентов.
Учёт добычи и потерь полезных ископаемых осуществляется в соответствии с установленным порядком ведения геолого-маркшейдерского учёта запасов полезных ископаемых и отражается в формах государственного федерального статистического наблюдения:
1. 5-гр (годовая ) «Отчётный баланс запасов полезных ископаемых»;
- Инструкция по учёту запасов полезных ископаемых и по составлению отчётных балансов по формам № 5-гр (уголь). Мингео СССР 4.11.1971.
2. 6-гр (нефть, газ, компоненты), (годовая) «Сведения о состоянии и изменении запасов нефти, газа, конденсата, этана, пропана, бутанов, серы, гелия, азота, углекислого газа»;
- Инструкция по учёту запасов нефти и природных горючих газов и по составлению отчётных балансов по формам № 6-гр и 7-гр. Мингео СССР 4.11.1971;
- Методические рекомендации по заполнению формы федерального статистического наблюдения № 6-гр (нефть, газ, компоненты). МПР России 8.10.1996.
3. 70-тп (годовая) «Отчёт об извлечении полезных ископаемых при добыче»;
- Инструкция по заполнению формы № 70-тп «Отчёт об извлечении полезных ископаемых при добыче». ЦСУ СССР 5.01.1985.
4. 71-тп (годовая) «Отчёт о комплексном использовании полезных ископаемых при обогащении и металлургическом переделе, вскрышных пород и отходов производства»;
- Инструкция по составлению отчёта по форме № 1-тп «Отчёт о комплексном использовании полезных ископаемых при обогащении и металлургическом переделе, вскрышных пород и отходов производства» и по составлению сводных отчётов по форме № 71-тп. ЦСУ СССР 5.04.1987.
5. 11-шрп (годовая) «Отчёт о потерях угля (сланца) в недрах (подземные и открытые работы)»;
- Инструкция по составлению государственной статистической отчётности о потерях угля (сланца) в недрах при подземных и открытых работах. Госкомстат России 13.12.1994.
6. 2-тп (годовая) «Отчёт об использовании воды»;
- Инструкция о порядке составления статистического отчёта об использовании воды по форме № 2-тп (водхоз). ЦСУ СССР 24.07.1985.
7. 31-тп (годовая) «Отчёт об извлечении гелия, серы, этана, пропана, бутанов, пентана и выше из природного газа при переработке»;
- Инструкция по заполнению формы № 31-тп «Отчёт об извлечении гелия, серы, этана, пропана, бутанов, пентана и выше из природного газа при переработке». Госкомстат России 8.04.1993.
Перечень основных нормативных документов, регламентирующих ведение геолого-маркшейдерского учёта:
Единые правила охраны недр при разработке месторождений твёрдых полезных ископаемых. Госгортехнадзор СССР, 14.05.1995.
Инструкция по наблюдению за сдвижением горных пород, земной поверхности и за подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях. Госгортехнадзор СССР, 5.03.1987.
Инструкция по наблюдению за деформациями бортов, откосов, уступов и отвалов на карьерах и разработке месторождений по обеспечению их устойчивости. Госгортехнадзор СССР, 21.07.1970.
Инструкция по производству маркшейдерских работ. Госгортехнадзор СССР, 19.02.1985.
Межотраслевая инструкция по определению и контролю добычи и вскрыши на карьерах. Госгортехнадзор СССР, 10.08.196.
Положение по учёту запасов полезных ископаемых, постановки их на баланс и списание с баланса запасов. МПР России, 9.07.1997.
Методические указания по нормированию, определению и учёту потерь и разубоживания золотосодержащей руды (песков) при добыче. Госгортехнадзор СССР, 2.03.1993.
Методические указания по определению, учёту, экономической оценке и нормированию потерь полезных компонентов при переработке минерального сырья чёрной металлургии. Госгортехнадзор СССР, 21.12.1989.
Методические указания по разработке технико-экономического обоснования целесообразности списания утративших промышленное значение запасов полезных ископаемых с учёта предприятий по добыче полезных ископаемых. Госгортехнадзор СССР, 17.10.1986.
Инструкция о порядке списания запасов полезных ископаемых с учёта предприятий по добыче полезных ископаемых. Госгортехнадзор СССР, 17.09.1997.
Правила разработки и охраны месторождений минеральных вод и лечебных грязей. Госгортехнадзор СССР, 22.04.1998.
Правила разработки месторождений теплоэнергетических вод. Госгортехнадзор СССР, 1.11.1985.
Типовые методические указания по нормированию потерь твёрдых полезных ископаемых при добыче. Госгортехнадзор СССР, 28.03.72.
Типовые методические указания по определению и учёту потерь твёрдых полезных ископаемых при добыче. Госгортехнадзор СССР, 28.03.1972.
Типовые методические указания (ТМУ) по определению, учёту, экономической оценке и нормированию потерь твёрдых полезных ископаемых и содержащихся в них компонентов при переработке минерального сырья. Госгортехнадзор СССР, 23.06.1987.
Типовые методические указания по оценке экономических последствий потерь полезных ископаемых при разработке месторождений. Госгортехнадзор СССР, 28.03.1972.
Методические указания по определению величины технологических потерь нефтяного газа при его добыче, сборе, подготовке и межпромысловом транспортировании. Миннефтегазпром, 30.05.1991.
Методические указания по определению технологических потерь нефти на предприятиях нефтяных компаний РФ. Минтопэнерго России, 16.06.1997.
[1] Термоосмос - движение жидкости в токопористой среде под воздействием градиента температуры.
[2] Витрификация – процесс остеклования грунта при высокой температуре, при этом часть загрязнгителей разлагается, а часть стабилизируется.
[3] Паровакуумная экстракция – процесс связанный с нагреванием грунта, переходом воды и летучих загрязнителей в пар, который затем откачивается вакуумированием.
[4] Гидролиз – обменная реакция между водой и загрязнителем.
[5] Диффузиофорез – движение частиц под влиянием градиента концентрации при отсутствии внешнего электрического поля.
[6] Аренс В.Ж. и др. Очистка окружающей среды от углеводородных загрязнений. М., 1999. С. 32.