В свете современных тенденций мирового экономического развития особое место среди регионов Азиатского Севера отводится Республике Саха (Якутия), где развертывается проектирование и строительство крупных энергопроектов, способствующих реализации природного потенциала региона. В числе первоочередных предусмотрена реализация освоения Эльгинского каменноугольного месторождения, предусматривающая строительство крупного Эльгинского угольного комплекса (ЭУК). Запасы угля на разрабатываемом Северо-Западном участке месторождения составляют 2,078 млрд т коксующегося и энергетического угля. В период III очереди строительства ЭУК проектная мощность Эльгинского разреза по объемам добычи угля достигнет 27 млн т угля в год, что составит около 2/3 объемов добываемого в республике угля [10].
Строительство и эксплуатация Эльгинского угольного комплекса неминуемо приведут к серьезному преобразованию природной среды, в связи с чем уже в настоящее время встает острая необходимость поиска путей к разрешению наметившихся экологических проблем.
Одним из них является системный подход, среди направлений которого выбрана концепция геотехнических систем, позволяющая рассматривать энергетический объект и природную среду как звенья единой управляемой геотехнической системы, что обеспечивает наибольшую комплексность, полноту и взаимосвязанность получаемой информации.
Целью данной статьи является рассмотрение Эльгинского угольного комплекса и прилегающих ландшафтов в виде управляемой угледобывающей геотехнической системы, что предусматривает определение видов, величины и направлений техногенных воздействий и установление их связи с характером изменений в компонентах природных комплексов.
Основным постулатом геотехнической концепции является положение, что техническое сооружение и природная среда являются составными частями единого сложного образования – промышленной геотехнической системы «Техническое сооружение – природная среда – человек». Ведущая роль в геотехнической системе отводится человеческой деятельности (обществу), которая осуществляет управляющую и регулирующую роль во всей геотехнической системе [2, 3, 8, 9].
Как известно [2, 3, 8, 9], в структурном отношении все геотехнические системы состоят из трех взаимодействующих блоков: природного, технического и управления. Механизм взаимодействия проявляется в цепочке процессов: воздействие техники на природную среду – изъятие природных ресурсов и привнесение техногенных веществ – отходов производства; изменения свойств и качеств природных компонентов, испытывающих воздействия; последствия (отрицательные), происходящие в результате изменений и влияющие на функционирование самого технического объекта и на условия жизнедеятельности населения, а также на функционирование других природно-технических систем. При этом целостность геотехнической системы достигается связями, существующими между ее составными частями, через которые они обмениваются веществом, энергией и информацией: локализующие, изменяющие и управляющие [6, 9].
Изучение взаимодействия угледобывающего комплекса с природной средой рассмотрено на примере разработки Эльгинского каменноугольного комплекса, представленного в виде угледобывающей геотехнической системы «Угледобывающий комплекс – природная среда – человек», в которой можно выделить три блока: технический, природный и управления (рисунок):
– технический представлен комплексом сооружений промышленного назначения, объединенных единым производственно-технологическим процессом (добыча и обогащение угля) и производственной инфраструктурой;
– природный, включающий природные комплексы разного иерархического ранга, отдельные компоненты которых:
а) являются необходимыми для возникновения и существования производственного объекта (в качестве природных условий);
б) непосредственно участвуют в производственном процессе (в качестве природных ресурсов: как сырье, топливо и т.д.);
в) подвергаются воздействию объектов при удалении отходов производства.
– управления, образованный людьми, управляющими техническим блоком и влияющими на природный [2].
Модель геотехнической системы «Эльгинский угольный комплекс». Условные обозначения: 1 – геотехническая система в целом; 2 – блоки геотехсистемы; 3 – управляемая часть системы; Связи: 4 – прямые и обратные, 5 – внутренние, 6 – локализующие, 7 – внешние
Технический блок состоит из производственных подсистем, связанных между собой тесными производственно-технологическими связями:
Добывающая подсистема представлена Эльгинским разрезом, временной промплощадкой (ремонтно-механическим участком, складом ГСМ), временным складом взрывчатых материалов. Постоянная промплощадка находится на стадии строительства.
Добычные работы, прежде всего, связаны с изъятием и перемещением больших объемов вмещающих пород, изменением напряженного состояния литосферы, а также изменением геокриологических условий участка недропользования. Работы на Эльгинском разрезе приведут к образованию полости в земной коре объемом более 800 млн м3 и площадью несколько десятков км2.
Добыча угля открытым способом сопровождается образованием значительного количества пылегазовых выбросов, особенно при проведении буровзрывных работ, экскавации и погрузке в транспортные средства. На долю добывающей подсистемы в стадии эксплуатации приходится 70,2 % среднегодовых выбросов от эксплуатации Эльгинского угольного комплекса на стадии I очереди строительства.
Обогатительная подсистема представлена обогатительной фабрикой мощностью 2,7 млн т угля в год и станцией погрузки угля (295 км ж/д пути «Улак-Эльга»). Также на стадии строительства находится обогатительная фабрика мощностью 9 млн т угля в год. В октябре 2014 г. сезонная обогатительная установка была переведена на круглогодичный режим работы [5]. Удельная доля выбросов, образующихся от эксплуатации обогатительных фабрик в производстве выбросов загрязняющих веществ Эльгинским угольным комплексом на стадии I очереди его строительства, составит в среднем 14,2 % в год.
С работой обогатительной подсистемы связаны превышения допустимых концентраций диоксида азота, неорганической пыли, диоксида серы в приземном слое воздуха в радиусе 0,3–1 км от источников загрязнения.
Отвальная подсистема будет представлена отвалами вскрышных пород: тремя внешними отвалами, общим объемом 833,5 млн м3, и внутренним объемом – 579,7 млн м3. Важнейшие экологические проблемы, возникающие при формировании отвальной подсистемы связаны с изменением рельефа местности, уничтожением почвенно-растительного покрова, образованием выбросов при разгрузке вскрышных пород на борта отвалов и их последующим пылением и т.д.
Гидротехническая подсистема представляет систему гидротехнических сооружений, крупнейшим объектом в которой станет пруд-отстойник карьерных вод площадью 34,59 га. Наполнение данного объекта с учетом отставания графика освоения Эльгинского месторождения, скорее всего, произойдет после 2021–2023 гг. Согласно сообщению Министерства промышленности РС(Я) до означенной даты сброс сточных вод в естественные водные объекты не предусмотрен. Сброс излишков очищенных карьерных вод должен производиться в приток р. Укикит, являющегося притоком р. Мулам.
Таким образом, изменению водного режима и химического состава вод в большей степени подвергнутся водные объекты бассейна р. Укикит. Кроме пруда-отстойника карьерных вод, проект развития Эльгинского угольного комплекса предусматривает создание гидротехнических сооружений, под которые отведено более 46 га [7]. Основное преобразование природных комплексов при образовании гидротехнической подсистемы ЭУК на стадии строительства I очереди связано с частичным перестроением гидрографической сети бассейна р. Укикит, увеличением мутности воды на определенных участках р. Укикит и её притоков, изменением условий нереста речных рыб.
Транспортная подсистема представлена линиями электропередач, подъездной железной дорогой, автомобильными дорогами, автомобильными и железнодорожными мостами, а также трубопроводной системой. Строительство линейных транспортных объектов, среди которых железная дорога «Улак-Эльга» является крупнейшим инфраструктурным объектом, сопровождается образованием карьеров, добычей строительных общераспространенных ископаемых, отчуждением земельных ресурсов и т.д.
Природный блок состоит из ландшафтов того или иного ранга, включая природные комплексы, в определенной мере уже измененные человеком [3].
Территория разработки Эльгинского каменноугольного месторождения расположена на стыке двух физико-географических провинций – Становой среднегорной и Тимптоно-Учурской среднегорной [4] и представлена двумя физико-географическими районами – Токинский Становик и Токинская впадина.
Ландшафтная структура представлена сочетанием характерных для гор Южной Якутии сочетанием типов ландшафтов высотной поясности: горно-пустынными, горно-тундровыми, подгольцовыми, горно-редколесными и горно-таежными. Широко распространены интразональные типы ландшафтов – мари, горные долины. Морфологическая структура районов состоит из 8 типов местности [1]:
– горно-привершинный тип местности занимает верхний пояс среднегорных массивов, выложен элювиальными и элювиально-делювиальными отложениями, в пределах которого развита горная растительность;
– плоскогорно-привершинный тип местности характерен для пологоволнистых и плосковершинных участков водоразделов и плоских нагорных террас в пределах межгорных котловин; характерна растительность горно-таежных, горно-редколесных и подгольцовых высотных поясов;
– горно-склоновый тип местности занимает наклонные поверхности горных хребтов, возвышенностей и склонов долин горных рек, сложенные комплексом горных отложений; растительность занимает спектр высотной поясности ландшафтов от горной тайги до горной пустыни;
– предгорный моренный тип местности представлен ледниковыми формами рельефа и распространен в пределах троговой долины р. Ундыткан и вокруг озера Большое Токо. Отложения ледниковые, растительность горно-таежная, горно-редколесная, маревая;
– предгорный зандровый тип местности занимает обширные плоские равнинные участки, сложенные флювиогляциальными отложениями, растительность представлена видами, характерными для горно-таежных, подгольцовых и маревых типов ландшафтов;
– горно-долинный тип местности, к которому относятся днища долин рек Ундыткан, Укикит, Укикиткан, Мулам, Эльга; отложения современные аллювиальные, растительность горно-таежная и интразональная маревая;
– ледниково-долинный тип местности представляют собой днища троговых долин, выполненные гляциальными отложениями; растительность горно-таежная, горно-редколесная и маревая;
– озерно-котловинный тип местности приурочен к узкой береговой террасе оз. Большое Токо;
– аквальные комплексы представлены озерами и руслами рек; многочисленные небольшие озера распространены в предгорном моренном, зандровом и ледниково-долинном типах местности.
Блок управления формируют руководящий персонал и специалисты Эльгинского угольного комплекса, основными задачами которых являются обеспечение выполнения производственных показателей всех подсистем технического блока и минимизация негативных природных последствий.
В результате проведенной работы получены следующие результаты:
– выявлена структура геотехнической системы «Эльгинский угольный комплекс – природная среда – человек», в состав которой входят технический, природный и управленческий блоки. Наибольшее внимание уделено техническому, состоящему из добывающей, обогатительной, отвальной, транспортной и гидротехнической подсистем;
– раскрыт механизм взаимодействия производственных подсистем с компонентами природной среды, определены функциональные и изменяющие взаимосвязи в геотехнической системе;
– установлены эколого-географические особенности взаимодействия производственных подсистем с различными природными комплексами.
Рецензенты:
Бурцева Е.И., д.г.н., профессор Финансово-экономического института «Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова», г. Якутск;
Саввинов Г.Н., д.б.н., директор НИИ прикладной экологии Севера «СВФУ им. М.К. Аммосова», г. Якутск.