Добыча полезных ископаемых земснарядами

Добыча полезных ископаемых земснарядами

Узнайте о технологиях добычи песка и гравия, а также о правовых аспектах разработки месторождений с использованием земснарядов.

Опыт и подходы в добыче песка и гравия из русла реки на международном уровне

Добыча песка и гравия из речных русел остается стратегически важным, но экологически рискованным процессом. Мировая практика показывает, что ее осуществление требует строгого регулирования и учета долгосрочных последствий для экосистем.

Экологические последствия добычи

  • Прямые последствия:
    • Разрушение нерестилищ рыб и бентосных сообществ;
    • Оголение дна и ускорение эрозии берегов;
    • Снижение проницаемости воды для света и кислорода;
    • Засорение водной среды и ухудшение самоочищения.
  • Косвенные последствия:
    • Спрямление русел («канализация» реки);
    • Снижение уровня грунтовых вод на 0,5–1,5 м (новозеландские исследования);
    • Риск обрушения берегов и подмыва опор мостов;
    • Нарушение миграции седиментов из верховьев в дельты.
  • Примеры:
    • Река Тордеро (Испания): добыча гравия в 10 раз превышала естественный приток → спрямление водотока, разрушение мостов, потеря пляжей;
    • Река Янцзы (Китай): полный запрет добычи из-за угрозы вымирания эндемичных видов;
    • Река Айн (Франция): постройка плотин без компенсации → эрозия берегов и потеря меандрирования.

Международные регуляторные подходы

Страна/Организация Правила и директивы Ключевые требования
ЕС
  • Европейская Водная Рамочная Директива (2000);
  • Инициатива SEDNET по управлению речными седиментами.
  • Создание планов управления речными бассейнами;
  • Оценка воздействия на экосистему;
  • Приоритет наземных месторождений перед добычей в русле.
США Национальные правила добычи гравия
  • Запрет на «восстановительные» проекты без доказательной базы;
  • Создание фонда мониторинга и восстановления;
  • Оценка «отложенного эффекта» через 10–30 лет.
ЮАР Правила добычи для развития судоходства
  • Лимитирование объема добычи;
  • Контроль за мутностью воды и заиление;
  • Согласование с экологическими ведомствами.
Германия Компенсационные меры
  • Внесение искусственных седиментов ниже плотин;
  • Мониторинг биоразнообразия;
  • Оценка ущерба для грунтовых вод.

Рекомендации экологических экспертов

  • Стратегические меры:
    • Приоритет наземных карьеров перед речными;
    • Оценка твердого седиментного баланса до начала работ;
    • Запрет добычи при наличии гидроузлов (например, плотины).
  • Технологические решения:
    • Использование земснарядов с минимальным воздействием (безъякорное папильонирование);
    • Контроль глубины разработки ≤ проектной отметки + 0,4–0,7 м;
    • Создание искусственных нерестилищ при добыче.
  • Экономическая оценка:
    • Экологическая стоимость песка/гравия: 4–5 €/м³ (по оценке французских исследователей);
    • Включение расходов на восстановление в стоимость разработки.

Критерии допустимой добычи

Параметр Рекомендуемое значение Примеры нарушений
Объем добычи Не более 10% естественного седиментного потока Река Тордеро (Испания) – превышение в 10 раз
Глубина разработки Не ниже естественного уровня дна Новозеландские реки – снижение ложа на 0,5–1,5 м
Расположение карьеров Исключить зоны нерестилищ и водозаборов Река Айн (Франция) – нарушение миграционных путей
Мониторинг Систематический анализ через 5–10 лет Реки Альп (Германия) – эрозия после постройки плотин

Случаи незаконной добычи и их последствия

  • СНГ:
    • Запрет на добычу в русле из-за высокой уязвимости экосистем;
    • Случаи нарушений из-за коррупции и слабого контроля.
  • Испания:
    • Бесконтрольная добыча в 1960-70-х → утраты реки Тордеро;
    • Внедрение планов SEDNET для восстановления седиментного баланса.
  • Канада:
    • Исследования: снижение биопродуктивности из-за потери бентоса;
    • Рекомендация: замена добычи в русле на наземные методы.

Компенсационные меры в развитых странах

  • Германия:
    • Внесение седиментов ниже плотин;
    • Реконструкция меандрирования русел.
  • США:
    • Создание фондов мониторинга (на основе роялти);
    • Банковские схемы хранения седиментов для восстановления.
  • Франция:
    • Согласование с SEDNET;
    • Искусственное пополнение гравием в дельтах.

Технологии с минимальным воздействием

  • Рекомендации:
    • Использование земснарядов с гидрорыхлением (например, тип 1440.14);
    • Контроль угла папильонирования ≥40–45° для снижения эрозии;
    • Разработка воронками вместо полной глубокой разработки.
  • Экологический контроль:
    • Мониторинг бентоса и нерестовых зон;
    • Измерение вакуума (≤82,5 кПа) и давления воды (≥0,6 Мпа);
    • Система вакуумных колодцев для предотвращения засорения.

Рекомендации для разработчиков

Рекомендация Обоснование Примеры реализации
Приоритет наземных карьеров Сохранение речных экосистем и биоразнообразия Китай (река Янцзы), США
Компенсационные платежи Финансирование восстановления после добычи Германия, Франция
Использование земснарядов с регулируемой глубиной Снижение риска нарушения дна и заиления США, Канада
Запрет на участках с гидроузлами Избежание «отложенного эффекта» эрозии Реки Альп (Германия), Новая Зеландия

Эксплуатационные риски и их минимизация

  • Риски:
    • Спрямление русел и снижение меандрирования;
    • Ухудшение условий нереста для лимнофилов;
    • Увеличение мутности воды на 20–50%.
  • Меры:
    • Контроль глубины разработки ≤ проектной отметки + 0,4–0,7 м;
    • Сезонные ограничения (запрет добычи в период нереста);
    • Использование плавучих пульпопроводов для минимизации засорения.

Заключение

Добыча песка и гравия из речных русел требует:

  • Строгого соблюдения экологических норм (например, Европейской Водной Директивы);
  • Приоритета наземных методов из-за риска «отложенных» последствий;
  • Использования земснарядов с минимальным воздействием (как тип 1440.14);
  • Создания фондов для восстановления экосистем.

Нарушение этих правил может привести к катастрофическим последствиям: снижению биоразнообразия, потере береговой зоны и угрозе инфраструктуре (мосты, плотины).

Типовая технологическая схема добычи песка, гравия и песчано-гравийной смеси

Документ разработан Министерством речного флота РСФСР и утвержден 10 августа 1979 г. Начальником Главного управления портов В.П. Иваненко. Предназначен для организации работ по добыче нерудных материалов без строительства защитных сооружений.

Основные исходные положения

  • Сведения о месторождении:
    • Полное название и точное расположение;
    • Границы в масштабе 1:25000–1:50000 (сituационный план);
    • Степень разведанности и данные о геологоразведке;
    • Акт горного отвода, зарегистрированный в Госгортехнадзоре.
  • Технические требования:
    • Согласование с Минречфлотом, Минводхозом и Минрыбхозом;
    • Санитарно-эпидемиологическое заключение Минздрава;
    • Намечаемые годовые объемы добычи (песок, гравий, ПГС).

Геологическая характеристика месторождения

Параметр Описание
Геолого-литологическое строение Описание слоев грунта, их свойств и залегания.
Качественная характеристика
  • Таблицы гранулометрических составов по блокам;
  • Указание на содержание песка, гравия и ПГС.
Площадь запасов В гектарах (га).
Мощность полезной толщи Средняя глубина залегания полезных ископаемых, м.
Объем запасов В тысячах кубических метров (тыс. м³).

Требования к проектной документации

  • Необходимые документы:
    • Акт горного отвода;
    • Согласованные технические условия от Министерств;
    • Санитарно-эпидемиологическое заключение;
    • Ситуационный план месторождения.
  • Разделы проекта:
    1. Основные исходные положения;
    2. Геологическая характеристика;
    3. Технологические этапы разработки;
    4. Экологические и гидрологические условия;
    5. Сроки и объемы работ.

Гидрологическая характеристика водоема

  • Параметры:
    • Уровни воды (80%, 90%, 95%, 99% обеспеченности);
    • Скорость течения в различных сечениях;
    • Сезонные колебания уровней воды.
  • Требования:
    • Работа против течения для улучшения всасывания;
    • Планирование работ с учетом навигационного режима.

Технологические этапы разработки

  1. Подготовка:
    • Монтаж земснаряда и плавучего пульпопровода;
    • Установка якорей и свай для фиксации оборудования;
    • Проверка плавучести и остойчивости.
  2. Разведка забоя:
    • Использование грунтомониторов для анализа состава грунта;
    • Определение оптимальной глубины разработки.
  3. Добыча:
    • Гидрорыхление с давлением ≥0.6 Мпа;
    • Папильонирование земснаряда (методы: траншейный, веерный, напорный);
    • Контроль вакуума (53–82,5 кПа) на всасывающей линии.
  4. Транспортировка:
    • Перекачка пульпы через плавучие секции пульпопровода;
    • Использование гибких вставок для снижения гидропотерь.
  5. Завершение:
    • Восстановление экологического баланса русла;
    • Мониторинг откосов и донных условий.

Технические требования к оборудованию

Параметр Значение
Производительность земснаряда До 800 м³/ч (тип 1440.14)
Глубина разработки 1,0–4,0 м
Плавучий пульпопровод
  • Рабочее давление: до 10 атм;
  • Рабочий вакуум: до 0,09 Мпа;
  • Минимальный радиус изгиба: 2,4 м;
  • Длина секции: 9 м;
  • Температурный диапазон: -50°C до +60°C.
Гибкие вставки
  • Углы поворота: 30°, 45°, 60°, 75°, 90°;
  • Снижение гидропотерь до 20%;
  • Износостойкий пластик для поплавков.

Экологические требования

  • Ограничения:
    • Запрет добычи в зонах нерестилищ и водозаборов;
    • Минимальный отступ от берега: 30–50 м;
    • Компенсационные меры для сохранения седиментного баланса.
  • Мониторинг:
    • Измерение мутности воды ежедневно;
    • Контроль за изменением гидрологических параметров.

Требования к монтажной площадке

  • Технические условия:
    • Ровная поверхность с уклоном к воде;
    • Электроэнергия и средства пожаротушения;
    • Санитарные помещения и телефонная связь.
  • Грузоподъемность:
    • Краны ≥25 т;
    • Соблюдение негабаритных норм при перевозке.

Технологические расчеты

  • Уравнение плавучести:
    • \( D = \rho \cdot V \cdot K \) (где \( K = 0.8–0.92 \));
    • Суммарная масса оборудования: корпус, надстройки, агрегаты.
  • Остойчивость:
    • Крен ≤5°, дифферент ≤3°;
    • Компенсация нагрузок через папильонажные лебедки.

Спецификация земснаряда

  • Тип:
    • Плавучий, сборно-разборный;
    • Гидрорыхление для грунтов I-III категории.
  • Корпус:
    • 8 понтонов (2 центральных и 6 боковых);
    • Водонепроницаемые переборки для безопасности;
    • Возможность транспортировки ЖД/автотранспортом.

Технология монтажа

  • Порядок сборки:
    1. Установка центральных понтона на стапеле;
    2. Соединение боковых понтонов болтовым креплением;
    3. Монтаж секций пульпопровода через фланцевые соединения;
    4. Установка поплавков через каждые 1,5 м;
    5. Проверка герметичности под давлением.
  • Требования к персоналу:
    • Обучение и квалификационный допуск;
    • Наличие СИЗ и противопожарного инвентаря.

Дополнительные требования

  • Системы управления:
    • Электродвигатели с реверсом и плавным регулированием;
    • Магнитные усилители и трансформаторы для стабилизации.
  • Безопасность:
    • Сигнальные фонари в соответствии с Ростехнадзором;
    • Запрет работы при волнении воды >3 баллов;
    • Водонепроницаемые отсеки для запаса плавучести.

Приложения и документы

  • Приложение А: Общее расположение понтонов и оборудования;
  • Приложение Б: Схема отгрузки и доставки земснаряда;
  • Приложение В: Требования к площадке сборки.

Заключение

Типовая схема требует:

  • Соблюдения геологических и гидрологических норм;
  • Согласований с Минречфлотом и экологическими инспекциями;
  • Использования земснарядов с плавучими пульпопроводами и гибкими вставками;
  • Записи всех операций в вахтенном журнале.

Нарушение требований влечет за собой штрафы и приостановку работ.