Отдел №6. Горной экологии

 

Заведующий отделом
Ирина Владимировна Шадрунова
Профессор, доктор технических наук

 

 

 

Область научной деятельности

Область научной деятельности определена в соответствии с основным направлением фундаментальных исследований РАН «Проблемы комплексного освоения недр Земли и новые технологии извлечения полезных ископаемых из минерального и техногенного сырья» (Постановление № 233, раздел «Науки о Земле»).

Научная деятельность отдела осуществляется, преимущественно, в рамках науки «Горная экология», которая изучает взаимодействие техногенных геосистем с окружающей средой. Целью изучения является создание научного базиса обоснования их экологически безопасных параметров.

Главный предмет исследований составляют закономерности формирования экологической опасности в результате создания и эксплуатации техногенных геосистем.

Решаемая отделом фундаментальная проблема горной экологии заключается в обосновании параметров геосистем, обеспечивающих сохранение (воссоздание) на территории освоения недр допустимого (нормативного) качества природной среды в текущий период времени и в перспективе.

 Решение данной проблемы предполагает достижение возможности:

 — выявления и распознавания процессов формирования экологической опасности с момента их зарождения;

 — достоверной оценки и контроля протекания таких процессов на различных стадиях освоения недр;

 — технологического управления ходом экологических процессов.

Научные направления отдела

1.​ Научные экологические представления об освоении недр на базе концепции устойчивого развития.

2.​ Теоретическое и методологическое обеспечение экологической оценки природно-техногенных систем освоения недр; теория экологически безопасных геотехнологий.

3.​ Моделирование процессов формирования экологической опасности при освоении недр, количественные оценки взаимодействия природных и технических систем.

4.​ Методология интегральной оценки динамики состояния природно-техногенных систем на территории размещения предприятий по освоению минерально-сырьевых ресурсов в процессе изменения техногенной нагрузки с использованием современных методов дистанционного зондирования Земли в масштабе реального времени.

Основные научные и научно-практические результаты.

Оценка экологической опасности горных объектов по степени ресурсопотребления. Предложен показатель оценки опасности для прилегающих к горному предприятию территорий методов освоения месторождений полезных ископаемых, базирующийся на комплексном учёте вероятности возникновения опасности и кратности превышения предельной величины возможного события, являющихся результатом изъятия ресурсов из окружающей среды вследствие их непосредственного и опосредованного потребления.

Разработан комплекс новых формализованных индикаторов изменения состояния основных геосфер в процессе освоения недр, позволяющий дать интегральную и дифференцированную оценку экологических последствий применения различных геотехнологий.

Разработан комплекс методик по оценке опасности объектов и технологических процессов горного производства для прилегающих к карьерам территорий, являющейся результатом непосредственного и опосредованного потребления ресурсов атмосферы и почвенного покрова из окружающей среды, позволяющих установить количественные взаимосвязи параметров процессов и объектов с характеристиками атмосферы и выявить направления рационализации параметров с целью снижения опасности.

otdel5_ris1

Обоснование методологии оценки техногенного изменения основных геосфер и создания экологически безопасных геотехнологий при подземном освоении рудных месторождений.  Предложена и разработана гипотеза о том, что проблемы экологических воздействий геотехнологий являются отражением процесса формирования и развития при добыче полезных ископаемых нового литосферного объекта – техногенно измененных недр.

Основной техногенной нагрузкой на окружающую среду территории размещения карьеров, является механическое разрушение почвенного покрова и растительности, которое постоянно растает по мере отработки месторождения.

Разработана новая методология количественной оценки динамики состояния окружающей среды в процессе изменения техногенной нагрузки в масштабе реального времени на территориях добычи и переработки минерально-сырьевых ресурсов. В качестве интегрального маркера используется нормализованный вегетационный индекс (NDVI аэрокосмические измерения) и степень фитотоксичности почв (натурные измерения) с контрольными функциями.

otdel5_ris2

Разработана методология количественной оценки состояния окружающей среды на территориях размещения предприятий по освоению недр позволяет ранжировать их по уровню сохранившегося здорового растительного покрова территории (величина НДВИ) и степени фитотоксичности почв и распределить их по четырем категориям, в соответствии с нормативными документами по переходу промышленных производств на принципы наилучших доступных технологий (НДТ):

— предприятия, оказывающие значительное негативное воздействие на окружающую среду и относящиеся к областям применения наилучших доступных технологий: значение НДВИ ≤ 0.3, почвы сильнотоксичные. Необходима срочная модернизация всего производства с целью кардинального снижения техногенной нагрузки (I категория).

-предприятия, оказывающие умеренное негативное воздействие, для которых утверждаются нормативы по технологически обоснованным объемам воздействия: значение ДНДВИ находится в пределах 0.35 – 0.6, почвы слаботоксичные. Необходима программа модернизации отдельных циклов производства с целью постепенного снижения техногенной нагрузки (II категория)

— предприятия, оказывающие незначительное негативное воздействие на окружающую среду, для которых может вводиться декларирование: значение НДВИ в пределах 0.6-0.8, почвы нетоксичные. Техногенная нагрузка соответствует приемлемому уровню воздействия (III категория).

- предприятия, оказывающие минимальное негативное воздействие на окружающую среду: значение НДВИ более 0.8 (IV категория). Почвы условно-фоновые. Применяемую на этих предприятиях геотехнологию можно отнести к нейтральным или природоподобным технологиям.

Новая методология дифференциации предприятий горнопромышленного комплекса (ГПК)  
по степени экологической опасности с использованием принципов
технологического нормирования на основе наилучших доступных технологий (НДТ)

Новая методология...

Впервые предложен методологический подход к решению проблемы экологической безопасности подземных горных технологий путем применения концептуальных положений гомеостатики о способах поддержания жизненно важных параметров взаимодействующих систем на основе управления противоречиями.

Основной техногенной нагрузкой на окружающую среду территории размещения карьеров, является механическое разрушение почвенного покрова и растительности, которое постоянно растает по мере отработки месторождения.

Установлено, что степень относительного экологического риска территорий размещения подземных рудников в основном определяется инфраструктурой и технологиями поверхностных производств и сооружений, определяющих локальную изменчивость природных компонентов (биологического сообщества).

Техногенная нагрузка, связанная с химическим загрязнением атмосферы, имеет тенденцию к уменьшению с увеличением глубины карьера. Это объясняется отсутствием искусственного проветривания карьеров. В этом случае, при определенной глубине карьеров газообразные вещества могут подавляться и оседать в пределах его пространства.

Разработана стратегия управления системой оборота металлоносных вод горных предприятий, обеспечивающая рациональность и комплексность их использования, снижение экологической нагрузки на окружающую среду и включающая: оценку целесообразности вовлечения потока в ресурсосберегающую переработку; априорный выбор метода переработки с селективным извлечением металлов; выбор пространственно-временных участков эффективности стадиальной переработки; формирование потока гидроминерального ресурса; переработку потоков с получением дополнительных продуктов и очищенных до нормативных показателей вод, утилизацию продуктов.

otdel5_ris3

Загрязненные воды представляют серьезную экологическую опасность для экосистем региона. Очистка сточных вод производится в несколько стадий и заключается в удалении основных загрязнителей. К кадмию, как к одному из самых токсичных тяжелых металлов, не проявляют повышенный интерес в силу его небольших объемов в общей массе загрязнений. Преимущественно кадмий содержится в медно-колчеданных, полиметаллических, свинцово-цинковых рудах. В рудах, разрабатываемых ГОКами Башкортостана, содержание кадмия колеблется от 0,0031 до 0,218 %.

Проведен анализ присутствия кадмия в технологических процессах при освоении медноколчеданных месторождений. Определено, что преобладающим фактором загрязнения экосистемы кадмием при освоении медноколчеданных месторождений является его поступление с недостаточно очищенными сточными водами в природные водные объекты.

Проведен сравнительный анализ биогеохимических свойств генетически связанных элементов кадмия и цинка. Определено, что несмотря на близкий генезис и схожесть протекания химических реакций, физические свойства этих элементов различны, кадмий более подвижен, чем цинк, при этом он более опасен для природной среды, так как относится к 2 классу загрязняющих веществ, токсичен и является кумулятивным ядом, способным распространятся по пищевым цепочкам. Значительную опасность представляют загрязнённые кадмием почвы.

Кадмий наносит существенный вред растениям и экосистемам в целом, в частности здоровью человека, распространяясь по пищевым цепочкам, в связи с чем извлечение и нейтрализация кадмия является приоритетной экологической задачей в районах функционирования горно-перерабатывающих производств.

Результаты исследований, полученные на данной стадии, являются базой для оптимизации процессов и формирования возобновляющей технологии переработки металлоносных вод.

Источники поступления кадмия.
В 2016 году в издательстве «Наука» выпущена монография «Технология обогащения медных и медно-цинковых руд Урала».

Рисунок монографии

Ссылка в elibrary: http://elibrary.ru/item.asp?id=28215288

 

Сотрудники:

г.н.с., чл.-корр. РАН, проф., докт. техн. наук  Каплунов Давид Родионович

г.н.с., проф., докт. техн. наук Калабин Геннадий Валерианович

г.н.с., докт. геол-мин. наук   Ожогина Елена Германовна

г.н.с., проф., докт. техн. наук   Чантурия Елена Леонидовна     

в.н.с., проф., докт.техн.наук  Орешкин Дмитрий Владимирович

в.н.с, докт. техн. наук   Папичев Валерий Иванович

в.н.с, доцент, канд. техн. наук  Чекушина Татьяна Владимировна

н.с. Прошляков Алексей Николаевич

вед. инж. Стефунько Мария Сергеевна

вед. инж. Петрова Александра Игоревна

НАЗАД
ВВЕРХ
Яндекс.Метрика