Техногенные месторождения

Исследования, направленные на всестороннее изучение ТМ, выяснения  их экономической ценности и экологической безопасности при дальнейшем использовании неразрывно связаны с сертификацией отходов производства. Для этого создаются специальные лаборатории и институты испытаний и сертификации минерального сырья, в том числе и техногенного. Например, институт испытаний и сертификации при Уральской государственной горно-геологической академии (УГГА), выполняющий большой объём работ по оценке качества минерального сырья и метрологическому обеспечению научно-технических исследований и разработок.

 

5. Формирование  банка данных (БД) и мониторинг  ТМ

 

Решение задач, возникающих  при переработке ТМ, требует их мониторинга, который является необходимой частью единой технологической цепочки при формировании банка данных по ТМ (БД ТМ).

Целью создания БД является:

1. Представление информации  о ТМ в виде, позволяющем 

• отслеживать запасы ценных компонент, содержащихся в этих месторождениях, и
• управлять опасными отходами на всех этапах обращения с ними, а именно, при их
• образовании,
• накоплении
• транспортировке,
• переработке,
• обезвреживании,
• захоронении;

2. Обеспечение областных,  муниципальных и районных органов  управления, специалистов, предпринимателей и общественность информацией о ТМ, в том числе,

• об опасных отходах, их перемещении, причинах не использования;
• о прогнозируемых процессах, вызванных их наличием;
• об оценках риска для здоровья человека и возможных путях его снижения;
• о технологиях переработки, а так же
• о затратах, связанных с реализацией мероприятий по их утилизации;

3. Дать ответ на  два основные вопроса, обусловленных  существованием ТМ:

• какова эколого-экономическая целесообразность использования ресурсов ТМ в данном районе?
• каков риск сохранения того или иного ТМ, т.е. как влияет его сохранение на качество других ресурсов (водных, сельскохозяйственных и т.д.)?

В процессе формирования БД ТМ решаются следующие задачи:

1. Аудит объекта на основе применения оптимального комплекса измерительного оборудования и аппаратуры;
2. Формирование обновляющихся характеристик ТМ, в том числе по результатам опробования;
3. Мониторинг ТМ, в том числе слежение за запасами полезных компонент в них;
4. Повышение достоверности информации о ТМ за счёт комплексирования данных, поступающих из разных источников;
5. Паспортизация и сертификация ТМ;
6. Экспертиза способов переработки ТМ и оценка их экономической целесообразности, т.е. поиск рациональных технологий переработки ТМ и выдача рекомендаций по способам использования ТМ;
7. Оценка существующих и прогнозируемых ущербов, связанных с наличием ТМ;
8. Поиск потенциальных потребителей продуктов переработки ТМ;
9. Поиск ТМ, удовлетворяющих определённым требованиям потенциальных потребителей;
10. Выявление приоритетных проектов переработки ТМ;
11. Учёт земель, отчуждённых под ТМ;
12. Формирование учётных документов;
13. Формирование карт ТМ:
14. Поддержка БД налогов и штрафных санкций за нарушение экологии и норм природопользования. Например, при формировании БД ТМ топливно-энергетического комплекса Урала было установлено, что для золоотвалов АО «Свердловэнерго» отсутствуют санитарно-защитные зоны. Это приводит к занижению суммарной площади земельных отводов и суммы соответствующего земельного налога на 58%. Золоотвалы двух электростанций АО «Свердловэнерго» расположены в водоохранных зонах водных объектов, вследствие чего, согласно действующим нормативным документам, платежи за размещение отходов на них должны быть увеличены в 5 раз. Кроме того, не учитывается объём пылевыделения с золоотвалов и отсутствует учёт сброса из золоотвалов оборотных вод с многократным превышением ПДК по таким элементам как Mn, V, F, As, Cu и др. Это, помимо экологических последствий, приводит к занижению соответствующих платежей на сумму не менее 270 млн.руб. в год (в ценах 1997 г.). В целом было установлено, что суммарное занижение платежей за загрязнение ОС, складирование отходов и изъятие земель составило по АО «Свердловэнерго» в 1996 г. 2,33 млрд. рублей.

5.1 Технология формирования  банка данных по техногенным  месторождениям (БД ТМ)

 

Технология построения БД ТМ основана на объединении:

• информационной базы и
• математических моделей распространения загрязнений в ОС (воздушном и водном бассейнах, почвах, донных отложениях и т.д.) и оценки связанных с этим рисков, которые строятся на основе информационной базы (см. рис.4).

 

 

 

 

 

 

Рис.4. Структурная схема  формирования банка данных по техногенным  месторождениям (БД ТМ).

 

Создание информационной базы является достаточно сложным процессом, требующим огромного объёма информации, основными источниками которой являются:

• база знаний, содержащая информацию специалистов по изучению и использованию ТМ;
• база данных о вещественном составе и физическим свойствам отложений ТМ;
• нормативно-правовая база, предоставляющая информацию, которая следует из нормативно-правовых документов.

База знаний включает данные по перераспределению полезных компонент в техногенных отложениях под влиянием разнообразных природных факторов таких как, окислительно-восстановительные процессы, выщелачивание, фильтрационные электрические поля, плоскостной смыв и других физико-химических и механических процессах климатического воздействия и выветривания. Здесь же содержатся данные экспертизы по рациональным технологиям переработки ТМ, рекомендации по способам использования тех или иных типов ТМ, оценка прогнозируемых ущербов и рисков, связанных с наличием ТМ и т.д.

База данных состоит из 3-х крупных блоков:

• фондовая информация характеризует состав и свойства исходного сырья горнодобывающих, горноперерабатывающих, металлургических и других типов предприятий (горные породы, руда, концентраты, угли для ТЭЦ и т.д.) и отходов промышленных производств (шламы, шлаки, золы и т.д.) по данным фондовых материалов.
• результаты опробования ТМ необходимы в связи с тем, что фондовая информация, выявляя общие закономерности, позволяет лишь оценить состав и строение техногенных отложений, так как из-за физико-химических и механических процессов климатического воздействия и выветривания отходы производства в техногенных отложениях отличаются от отходов рудников, обогатительных фабрик, ТЭЦ и т.д. Кроме того, дифференциация отходов при складировании, нарушение системы складирования, а часто и полное её отсутствие, требуют уточнения строения техногенных отложений по данным бурения.

Этот блок данных так  же содержит радиационную оценку ТМ, обычно отсутствующую в фондовых материалах. ТМ нередко имеют повышенную радиоактивность по сравнению с исходным сырьём. Например, золошлаковые отходы ТЭЦ могут содержать повышенные концентрации естественных радионуклидов (U, Th и K) особенно при сжигании углей Подмосковного, Донецкого и некоторых других бассейнов и месторождений, обладающих повышенной радиоактивностью.

Важным источником информации о составе, свойствах и строении техногенных отложений являются наряду с традиционными методами анализа ядерногеофизические методы (рентгенофлуоресцентный, нейтронно-активационный, гамма-гамма метод и др.)

• мониторинг является источником информации о закономерностях изменения во времени химико-минералогического и петрографического составов и физических свойств, как самих техногенных отложений, так и объектов ОС вблизи ТМ (почв, донных отложений, подземных и грунтовых вод, воздушного бассейна). Данные этого блока являются основой для прогноза изменения экологической ситуации исследуемой территории и выработки рекомендаций и управляющих решений.

Нормативно-правовая база содержит информацию о предельно-допустимых концентрациях (ПДК), выбросах (ПДВ) и сливах (ПДС) загрязняющих веществ, нормативно-правовые и нормативно-методические документы по охране окружающей среды, природопользованию и обеспечению экологической безопасности.

На основе информационной базы создаются математические модели взаимодействия ТМ с ОС, которые  связывают все имеющиеся виды информации и обеспечивают построение модели ТМ, поэлементных, геологических  и экологических карт, петрофизических разрезов и т.д., т.е. создание графических библиотек. Математические модели с использованием данных информационной базы позволяют сделать оценку прогнозных ресурсов, содержащихся в ТМ полезных компонент и выработать систему поддержки принятия решений

Рассмотренная технология формирования БД ТМ обеспечивает:

1. ввод в локальную базу данных всевозможных типов, включая графическую информацию с бумажных носителей;
2. масштабные и функциональные преобразования данных в различных системах координат;
3. построение плоских и объёмных картографических изображений;
4. решение экспертных, классификационных и других задач распознания объектов различного характера по множеству информационных слоёв;
5. экспорт-импорт информационных слоёв с внешними базами данных с целью эффективного использования пакета информации и коррекции БД за счёт дополнительной информации.

Техническая база БД ТМ включает:

1. компьютерную сеть со специализированной периферией;
2. современные компьютерные технологии, включая такие широко известные ГИС как ARC/INFO, ER MAPPER 5.0 и др.
3. системы подготовки и выпуска геоинформационных пакетов (ГИП), которые имеют три модификации:

• региональные ГИП в масштабах 1:200 000 – 1:1 000 000, которые содержат объёмную характеристику ТМ, их место в структуре промышленности региона, экономические характеристики, проблемы, перспективы;

• территориальные ГИП в масштабах 1:50 000 – 1:100 000 для районов;
• локальные ГИП отдельных месторождений в масштабе 1:25 000.

Вся информация в БД ТМ структурирована по уровням. Первый уровень даёт обобщённую информацию о техногенном месторождении (его географическое положение, общая характеристика, реквизиты собственника и т.д.). Каждый из последующих уровней раскрывает характеристики месторождения и делает доступным выход на комплекс решаемых задач.

Информация на каждом уровне включает в себя карту определённого  масштаба и комплекс характеристик техногенного месторождения.

5.2 Мониторинг ТМ

 

Мониторинг ТМ обеспечивает периодическое обновление геоинформационных  пакетов (ГИП). Источником информации служит пакет данных представленный в таблице 8.

ГИП обычно состоит из следующих информационных слоёв:

1. образ земной поверхности – цифровая модель по космо- и аэросъёмке в оптическом диапазоне с разрешением от нескольких сантиметров до нескольких десятков метров;
2. инфраструктура – цифровая топооснова коммуникаций, застройки, сетей и т.д.;
3. рельеф – цифровая модель рельефа с морфологическими объектами и физическими параметрами радарного сканирования;
4. ландшафт – модель градации растительности и гидросферного покрова по оптическому и радарному сканированию;
5. геохимия – элементный состав, радиоактивность, сорбированные газы, нефтепродукты и другие физико-химические параметры грунтового покрова;
6. геофизика – аномальные геофизические естественные и искусственные поля, интегральные и дифференциальные параметры на различных глубинных срезах, начиная от дневной поверхности;
7. геология – геологические объекты, элементы и параметры покровного и глубинного строения земной коры;
8. гидросфера – карты открытых и подземных гидросистем, фильтрационных потоков и водно-физических параметров;
9. геодинамика – блоковая структура земной коры;
10. экология – экологический паспорт, объекты мониторинга, реперная система и банк контрольных параметров территории;
11. ресурсы – прогнозные карты ресурсов минеральных, углеводородных, строительных, техногенных, лесных, сельскохозяйственных и др.;
12. эталонная коллекция образцов, включающая систематизацию, минералогическое и петрографическое описание, определение петрофизических и технологических свойств и элементного состава, паспорт коллекции.