Горные удары и стреляние обломками пород. Этот вид экзодинамических процессов как и ряд других рассматриваемых ниже осуществляются за счет реализации природных источников энергии, тогда как деятельность человека служит лишь своего рода спусковым крючком для них. Горные удары и стреляние обломками происходят в результате мгновенной разгрузки упругих деформаций высокопрочных скальных пород в местах максимальной концентрации напряжений и их перераспределении в связи с проходкой выработок обычно на глубинах свыше 200 м.
Внезапные выбросы пород, воды, газов. Наиболее часто это имеет место в местах пересечения выработками тектонических нарушений на глубинах свыше 100 м.
Прорывы вод и плывунов. Эти процессы возникают внезапно при вскрытии напорных водоносных горизонтов или плывунных пород, при малой мощности водоупоров, при наличии разломов, трещин, пустот и больших гидравлических градиентов. В местах прорывов затапливаются выработки, могут исчезнуть поверхностные водоемы и образоваться провалы.
Суффозионно-карстовое разрушение. Такого рода подземная денудация приводит к разуплотнению и декольматации горных пород, а также их удалению в другие участки подземного пространства. В результате могут происходить провалы. Особенно интенсивно суффозионно-карстовая денудация развивается в зонах водопонижения, где скорость движения подземных вод увеличивается.
Подземные пожары. Эти стихийные бедствия - результат самовозгорания или загорания пластов каменного угля, горючих сланцев или торфяников при производстве горных работ. Подземные пожары приводят к выгоранию значительных объемов горючих горных пород и сопровождаются обрушением и сдвижением геологических тел и значительному загрязнению воздуха
Термические оползни-обрушения и выбросы породы. Такие процессы имеют место на горящих и интенсивно горящих отвалах. Выбросы возникают под действием пара, образующегося в теле отвала (пустотах, трещинах) при попадании туда воды. Эти процессы способствуют загрязнению воздуха.
Процессы в криолитозоне. В области развития многолетнемерзлых пород воздействие человека на земную кору при добыче полезных ископаемых приводит к очень серьезному нарушению комплексов природных экзодинамических процессов. Относительная сбалансированность в их действии в таких районах зиждется на весьма хрупкой основе, заключающейся в примерном постоянстве мерзлотных условий природных грунтов. В поддержании этого постоянства очень велика роль растительного покрова и подстилки, аккумуляция которой происходит длительное время.
Добыча полезных ископаемых радикально нарушает мерзлотные условия в местах соэдания выработок и отвалов. В пределах криолитозоны отвалы, отсыпанные вне днищ речных долин, промерзают даже там, где их подошвой служат талые грунты. Изменение температурного режима при создании карьера зависит от его величины и формы, а также от состава и свойств вскрываемых пород. В частности, открытым выемкам в галечниках свойственно увеличение температур внутри них на 2-2,5°.
Специфические изменения претерпевают отвалы, возникающие при снятии лессово- ледовой покровной толщи, широко распространенной в перигляциальной области криолитозоны. Такие отвалы протаивают и превращаются в пульпу, которая растекается по долинам ручьев, заполняя небольшие озерные котловины. Помимо всего, сброс больших объемов воды при откачках, производимых при добыче полезных ископаемых из-под мерзлотных горизонтов, при низких температурах приводит к образованию наледей значительной мощности. Последние разрушают дороги, выводят из строя поверхностные сооружения. Кроме того, они способствуют развитию таликов, которые становятся каналами питания подземных вод. В результате всего этого усиливается образование термокарстовых озер.
Сброс сточных вод в летнее время вызывает загрязнение рек, усиление эрозии и аккумуляции. Кроме того, мощные наледи становятся плотинами в долинах рек, вызывая затопление, заболачивание и образование небольших озер.
Образующиеся при разработках прогибы и провалы способствуют развитию озер и заболоченности территории, образованию таликов и поступлению поверхностных вод в подземные водоносные горизонты с последующим их загрязнением. Вспучивание кровли выработок происходит при их заполнении водой и ее замерзании, когда проходка ведется в условиях развития многолетнемерзлых пород.
Угольная пыль и мерзлотный ландшафт. Повышенное количество угольной пыли вблизи карьеров в криолитозоне связано с тем, что мерзлые угли более хрупки, а это вызывает повышенное пылеобразование при их отбойке. Больший разнос угольной пыли происходит при погрузке мерзлых углей в транспорт на поверхности. В результате территория вокруг карьеров и шахт в радиусе 15-20 км засоряется угольной пылью. Таяние снежного покрова происходит здесь раньше обычного, а глубина протаивания грунтов увеличивается в 2,5-3 раза по сравнению с нормой. Все это вызывает образование озер и повышенную заболоченность территории. Из-за выноса пыли вода в озерах в весенний период содержит до З0-60 г/л взвешенных частиц и совершенно непригодна для водоснабжения населения. Загрязнение поверхностных вод приводит к разрушению зооценоза на площади, значительно превышающей размеры эолового рассеивания угольной пыли. Такое нарушение природного круговорота вещества, в конце концов вызывает очень сильную деградацию ландшафта.
Активизация склоновых процессов. При разработке рассыпных месторождений объем отвалов оказывается меньше объема вынутой породы из-за сброса мелкозернистого материала в водотоки. В результате на месте разработок понижается базис денудации склонов, а интенсивность склоновых процессов соответственно возрастает. На участках склона протяженностью в десятки или даже сотни метров существенная подрезка его основания вызывает разрыв мохово-дернового покрова и небольшие термокарстовые просадки. В месте перехода вскрытой части склона в закрытую моховодерновым покровом происходит сползание образующейся при избыточном протаивании пульпы со скоростью 10-20 м в год. Активизация солифлюкции и оползневой деятельности вызывается также отводом подземных вод при их откачках в овраги и речные долины.
Деградация вечной мерзлоты. Это обычный процесс в условиях непрерывного отепляющего воздействия на них при различных мероприятиях. Создание при добыче полезных ископаемых наземных и подземных сооружений, их обогрев и вентиляция, а также откачка подземных вод - все это приводит к протаиванию пород. На Крайнем Севере России строительство рудников и сопутствующих им комплексов наземных и подземных сооружений вызвало изменение мерзлотных и геологических условий. В пределах поселков с отапливаемыми зданиями происходит оттаивание пород. Глубины оттаивания под зданиями изменяются от 14 до 50 м в зависимости от габаритов здания и температуры внутри помещения.
5. Способы решения геоэкологических проблем
Усиление мер, препятствующих чрезмерному ухудшению качества окружающей среды в районах добычи полезных ископаемых, осуществляется одновременно с ростом извлечения полезных ископаемых. В отечественной и зарубежной практике разработки рудных месторождений накоплен опыт применения эффективных мер по снижению нарушений поверхности. При отработке месторождений открытым способом или с обрушением вмещающих пород на подземных рудниках, характеризующихся наибольшими масштабами нарушения земель, принимаются меры по снижению этого ущерба.
На карьерах находят применение системы разработки с внутренним отвалообразованием. Появились схемы разделения карьерного поля, когда первоначально часть карьера отрабатывают с временным складированием пород вскрыши на борту карьера, а оставшуюся часть отрабатывают с внутренним отвалообразованием и направляют заскладированные породы в выработанное пространство.
Представляют интерес попытки добычи полезных ископаемых открытым способом из-под воды, заполняющей выработку, с целью сохранения уровня грунтовых вод.
Площадь отчужденных для размещения отвалов и хвостохранилищ земель сокращают, внедряя следующие мероприятия:
1) размещение отвалов на непригодных и малопригодных для сельского хозяйства землях;
2) использование пустой породы и снимаемого при промышленном строительстве почвенного слоя для улучшения прилегающих участков неудобий (оврагов, лощин, малопригодных земель);
3) совершенствование самого процесса отвалообразования (выбор способа отвалообразования с наименьшим отчуждением земель или с возможностью осуществления быстрой и простой схемы рекультивации);
4) своевременная рекультивации отвалов пород.
К мерам по борьбе с загрязнением атмосферы пылью и аэрозолями при открытых разработках относятся:
1) подавление, связывание и улавливание пыли в процессе буровзрывных и погрузочно-транспортных работ (мокрое бурение, бурение с отсосом пыли, применение взрывов без развала горной массы, орошение водой и растворами, применение пен и др.);
2) нанесение на отвалы, борта карьеров и карьерные дороги эмульсионных и пленочных покрытий, а также их орошение;
3) биологическая рекультивация отвалов и карьерных выемок;
4) утилизация отвальных пород.
Меры по улучшению состояния водных ресурсов направлены на снижение влияния на них рудничных и карьерных вод. Различают профилактические и радикальные меры.