При разработке полезных ископаемых и размещении отходов происходит изменение структуры почвы и ее химического состава. Строительство карьеров и проходка подземных выработок приводит к нарушению состояния горных массивов, деформации поверхности, изменению ландшафтов и развитию техногенных геологических процессов. При извлечении твердых полезных ископаемых формируется пустотное пространство. Подработанные толщи могут оседать и образовывать провалы на земной поверхности, вследствие чего возможно затопление горных выработок. В 1995 г. на Верхнекамском месторождении калийных солей произошло катастрофическое обрушение пород в горных выработках и оседание земной поверхности. Размеры мульды оседания 700 х 600 м совпали с размерами области обрушения в шахте (Г. П. Щербинина, 2004).
На долю горнодобывающей промышленности в нашей стране приходится около 70% всех отходов, расположенных на земной поверхности, так как в отвалы при существующих способах переработки попадает до 30%, а иногда до 90% добытого сырья (Э. И. Гагарина, 2003).
Так, в Ленинградской области на карьерах по добычи фосфоритов площадь отвалов составляет 20 км2, объем вкрышной породы — 108 м3. Здесь для добычи небольшой по мощности (до 5—10 м) слоя полезного сырья на дневную поверхность вынимаются и перемешиваются слои пород мощностью 20—30 м (Е. В. Абакумов, 2004). Отвалы техногенных пород подвергаются водной и ветровой эрозии, выветриванию и другим геологическим процессам.
Применяемые технологии при переработке и обогащении минерального сырья приводят к значительному органическому загрязнению образующихся отходов (табл. 2.6), а химические реагенты являются источником загрязнения отходов такими опасными соединениями, как ПАУ, нефтепродукты, фенолы, амины. В шламо- и хвостохранилищах при взаимодействии отходов с водой происходит разрушение органо-минеральных комплексов, повышается геохимическая подвижность поллютантов, поступающих со стоками в гидросферу (табл. 2.7).
Таблица 2.6
Уровень органического загрязнения отходов горнодобывающего производства (г/кг) по Б. А. Бачурину, Т. А. Одинцовой, 2004
Объект исследова- ний
Порода
Водная вытяжка
Битуминозные
компоненты
Нефтепродукты
Битуминозные
компоненты
Нефтепродукты
Шламы калийного производства
0,38-20,95
0,14-1,47
0,14-1,25
0,004-1,25
Хвосты хромитового производства
0,01-0,12
0,01-0,04
0,12-0,20
0,02-0,03
Хвосты меднорудного производства
0,03-0,36
0,01-0,23
0,27-0,32
0,03-0,04
У гольно-породные отвалы
0,52-4,30
0,06-1,98
0,11-0,20
0,01-0,04
Отвалы бокситовых рудников
0,25-2,13
0,06-0,22
0,05-0,06
0,01-0,02
Таблица 2.7
Водорастворимые органические соединения отходов горнодобывающих предприятий (по Б. А. Бачурину, Т. А. Одинцовой,2004)
Органические
соединения
Количество,
мг/дм3
ПДК, мг/дм3
Класс
опасности
Нефтепродукты
0.05-4,15
0,3
4
Бензол и гомологи
0,34-0,58
0,5
2
3,4-бенз1а1 пирен
(1-28) • 10 «
5 ? 10 е
1
Алифатические спирты, оксосоединения С,—С<<
0,05-0,64
0,25 (пропанол) 0,02 (пропеналь)
1,4
Окончание табл. 2.7
Органические
соединения
Количество,
мг/дм3
ПДК, мг/дм3
Класс
опасности
Фенолы
0,03-0,10
0,1 (фенол), 4-10 3 (крезол)
2,4
Фталевая кислота, фталаты
0,12-9,34
0,2-1,0
2
Азотосодержащие
С5_С20
0,35-0,96
0,05—0,1 (амины), 0,2 (пиридин)
2,4
Сераорганические, сера элементарная
0,02-6,38
0,2 • 10~3 (пропен- тиол), отсутствие (тиоэфиры)
3
Галогенированные углеводороды С7—С,х
0,03-4,92
0,2 • 10~3 (тетрах- лоргексан)
4
Фосфорорганические
0,08
Ароматические N-, О-, S-содержащие
0,65-0,80
0,1 (нафтол), 0,1—4,0 (антрацсн- дионы)
2,3
В процессе бурения скважины природные комплексы загрязняются нефтью и нефтепродуктами, химическими реагентами, буровыми сточными водами, отработанным буровым раствором и шламом, выбуренной породой и горюче-смазочными материалами.
Объем отходов зависит от технологии проходки скважины, системы водопотребления и водоотведения и других факторов. По некоторым данным объем буровых сточных вод, отработанных растворов и бурового шлама при бурении скважин в Западной Сибири составляет соответственно 0,24; 0,2 и 0,18 м3 на 1 м проходки. Суммарный объем отходов превышает 25 млн м3 в год (В. Ж. Аренс).
В результате аварий, при сжигании нефти и газа, при прорывах нефтепроводов в почвы попадают тяжелые металлы и радиоактивные элементы, содержащиеся в нефти (табл. 2.8).
Почвы, пережившие техногенное воздействие, продолжают изменяться и могут привести к появлению вторичных продуктов, не связанных непосредственно с источником загрязнения. Стадии физико-химических трансформаций сменяются во времени.
Содержание микроэлементов в нефти и пластовых водах (по Н. С. Минигазимову, 2000)
Например, на угольных месторождениях Подмосковья при фильтрации атмосферных осадков через сульфидсодержащие отвалы вмещающих пород образуются высокоминерализованные кислые фильтрационные воды. В почвах (черноземы), куда сбрасываются эти воды, возникают следующие реакции:сернокислое засоление —> протонизация почвенного поглощающего комплекса —» закисление почв и грунтов —» гинсогенез —> декарбонатизация (разрушение карбонатного горизонта) —> карбонизация (накопление Сорг в верхней части профиля) —» уплотнение и т.д. (II. П. Солнцева, 2001).