О проведении спутникового мониторинга горнодобывающих предприятий Приморского края (на примере разреза «Павловский-2»)

Аннотация: Рассматривается методика спутникового мониторинга горнодобывающих предприятий юга Приморского края на примере буроугольного разреза «Павловский-2». По дистанционным данным Landsat проведен ретроспективный анализ состояния разрабатываемых и отработанных карьеров, а также отвалов по трем возрастным срезам (1988, 2001 и 2007 гг.). Делаются выводы о состоянии горных выработок: изменения в площади забоя и отвалов, рекультивации отвалов и обводненности с приведением количественных данных. Даются конкретные рекомендации по комплексному освоению разреза, а так же по оптимизации природопользования.
Ключевые слова: спутниковый мониторинг, дистанционное зондирование, дешифрирование, синтезированные изображения, горнодобывающие предприятия, отвалы, рекультивация.

ON THE SATELLITE MONITORING OF MINING ENTERPRISES OF PRIMOSKY KRAI
(ON EXAMPLE OF «PAVLOVSK-2» OPEN PIT)
Abstract: the technique of satellite monitoring of mining companies of Primorsky Krai’s south have been considered on the example of coal open pit “Pavlovsky-2.” Landsat data of remote retrospective analysis of developed and closed open pits and dumps are considered after three age sections (1988, 2001 and 2007). Conclusions about the state of mining: changes in the area of the face and dumps, dumps recultivation and inundation to bringing the quantitative data. Specific recommendations for the integrated development of the open pit, as well as the optimization of natural resources have been done.
Key words: satellite monitoring, remote sensing, interpretation, synthesized images, mining companies, dumps, recultivation.

Опубликовано в журнале: Шевырёв С.Л., Анциферова Г.А., Шевырёва М.Ж. О проведении спутникового мониторинга горнодобывающих предприятий Приморского края (на примере разреза «Павловский-2») // Вестник ВГУ. Геология. 2015. №2. С. 128-133 (скачать pdf)

ВВЕДЕНИЕ

Использование материалов дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) для целей мониторинга природных объектов и инженерных сооружений Дальнего Востока России представляет собой перспективное направление в области исследования окружающей среды. Дистанционные материалы являются информативным источником сведений о геологическом строении территории, а также характере, динамике и направленности современных поверхностных процессов [1].
Специализированные спутниковые съемки ресурсного назначения (Terra, Aqua, Landsat и др.) позволяют получать информацию за определенный период времени и с определенным пространственным разрешением. Для проведения ретроспективного мониторинга необходимо произвести подбор и каталогизацию спутниковых данных, а также их обработку с формированием спектральных индексов, отражающих состояние различных компонентов природной среды.
Выбранные методики оценки рекреационных ресурсов позволяют исследовать и выделить наиболее угрожаемые территории, где происходит интенсификация неблагоприятных природных процессов, ландшафты, подвергающиеся деструкции, области сокращение фито и биоразнообразия, а так же территории повышенной техногенной и антропогенной нагрузки. Развитие методов оценки может представлять рациональную научную основу организации центров ландшафтного и экологического туризма, а также мониторинга и сохранения природных ресурсов.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ

Актуальность исследования выражается в необходимости интенсификации развития старых горнопромышленных районов Юга Приморского края, чему должно предшествовать идентификация и мониторинг их современного состояния.
Разрез «Павловский-2» расположен в южной части Приморского края в Михайловском районе, в 25 километрах к северу от города Уссурийск (рис. 1) и является значимым для экономики края горнодобывающим предприятием. В 1986 году буроугольный разрез «Павловский-2» вышел на проектную мощность в 4,5 млн. т угля в год. Кроме того, в этот период были начаты работы на участке «Спецугли», бурые угли которого обогащены германием [2].

Рис 1. Схема нахождения Павловского буроугольного месторождения.

В ходе космического мониторинга выявлялись инфраструктурные особенности горнопромышленного предприятия, а также их изменение по трем возрастным срезам: 1988-й, 2001-й и 2007-й годы. Все снимки относятся к сентябрю месяцу – сезону активной вегетации для исследуемой местности.

МЕТОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ МОНИТОРИНГА

В рамках данного исследования применялись спектрозональные космические снимки Landsat, синтезированные по каналам 7 (дальний инфракрасный), 4 (ближний инфракрасный), 2 (зеленый).
Использование комбинаций этих каналов позволяет выявить и оценить состояние транспортной инфраструктуры, растительного покрова и сельхозугодий, вести уверенное дешифрирование обнаженных пород и грунтов, а также отвалов. При этом хорошо фиксируется степень зарастания последних. Также данная комбинация каналов позволяет различать водные объекты, контуры береговых линий и вести их учет.
Точная картографическая привязка фактических материалов в системе координат WGS84 обеспечивает контроль изменений и сравнимость результатов изображений разных лет (рис. 2).

Рис. 2. Изображения Landsat (каналы 7,4,2) для Павловского буроугольного месторождения. Годы наблюдений: а – 1988,б – 2001, в – 2007.

Схема дешифрирования синтезированного (спектрозонального) снимка 1988 года описывает состояние района мониторинга в тот период (рис. 3). Из схемы видно, что горно-вскрышные работы велись в тот период весьма интенсивно, что подчеркивается незначительной относительной площадью дешифрированных заросших отвалов. Формируется дальнее хвостохранилище  (на юго-западе объекта) (рис. 3, цифра 1), хранилище на значительно отработанной юго-восточной и северо-восточной площадях (рис. 3, цифра 2, 3). В то же время ведутся интенсивные работы на основном разрезе (рис. 3, «РП2»), а также участке «Спецугли». К этому времени на предприятии уже создана развитая инфраструктура железнодорожных и автодорожных путей, причем первые оконтуривают  площади предприятия на западе, предназначенные для отработки.
Обводненность угольных разрезов в 1988 году еще невысока и, в основном, приурочена к юго-восточной части разреза «Павловский-2», а также к площади южнее пос. Новошахтинский.

Рис. 3. Схема дешифрирования состояния Павловского  буроугольного месторождения по данным Landsat 1988 года. Обозначения: 1 – автодороги; 2 – железные дороги; 3 – водоемы; 4 – заросшие отвалы; 5 – контуры объектов.

Мониторинг состояния объекта продолжается снимком 2001 года. За прошедшие 12 лет площадь территорий, вовлеченных в горнодобывающие работы, увеличилась с 17,41км2 до 18,5 км2 (таблица, рис. 4). Ощутимо (в 4 раза) увеличивается площадь рекультивированных (заросших) отвалов породы, а также подтопленность старых горных выработок. К 2001 году в цикл добывающих работ были вовлечены и уже частично рекультивированы территории к западу и северо-западу от пос. Павловка (см. рис. 4, пометки «Сев1», «Сев2»). Разработка северной площади в пойме р. Абрамовка была связана со строительством водоотводного канала.
В этот период вошел в проектный контур участок «Спецугли» и рекультивировано «южное» хвостохранилище (рис. 4, цифра 1). Открылись добывающие работы на участке «Поисковый» (рис. 4, «П»), в то время, как добывающие работы на юго-восточной и северо-восточной площадях вошли в свою завершающую стадию (рис. 3, цифра 2, 3).
Рекультивируемые выработки естественным образом затопляются атмосферными и грунтовыми водами.

Рис. 4. Схема дешифрирования состояния Павловского  буроугольного месторождения по данным Landsat 2001 года. Обозначения см. рис. 3.

Завершающий снимок в серии относится к 2007 году. По сравнению с предыдущей датой съемок, наблюдается усиление темпов рекультивации отвалов и  хвостохранилищ. Основные горные работы ведутся на территории главного буроугольного разреза «Павловский-2», который продолжает расширяться в северо-западном направлении (рис. 5, «Сев2»).  Южные хвостохранилища (цифры 1 и 2 на схеме) почти полностью рекультивированы.
Значительных объемов достигает затопление отработанных разрезов, особенно это заметно на старых площадях на западе территории мониторинга. Общая площадь водного зеркала достигла 5,02 км2 (по сравнению с 3,87 км2 на прошлом снимке).

Рис.5. Схема дешифрирования состояния Павловского  буроугольного месторождения по данным Landsat 2007 года. Обозначения см. рис. 3.

По профилю Абрамовка – Новошахтенский установлены темпы изменения параметров здоровья фитобиомассы Павловского буроугольного разреза (рис. 6).  В период с 1988 года по 2007 год заметны значительные ухудшения показателя здоровья растительного покрова территории месторождения.

Рис.6. Карта значений NDVI и профили по линии Абрамовка-Новошахтинский буроугольного разреза «Павловский-2»: а – для снимка 1988 года; б – для 2001 года; в – для 2007 года.

В ходе проведенных исследований установлены темпы развития инфраструктуры и рекультивации отвалов разреза «Павловский-2». Составлены схемы дешифрирования и произведены наблюдения изменения площадей природно-техногенных комплексов (см. таблица, рис. 7).

Рис. 7. Динамика площадей (км2), вовлеченных в горнодобывающее производство разреза «Павловский-2», по материалам дешифрирования КФС Landsat.

Таблица. Изменение площадей природно-техногенных комплексов, связанных с деятельностью разреза «Павловский-2» ОАО “Приморскуголь”

ВЫВОДЫ
В ходе исследования установлено, что проведение горнодобывающих работ в районе пос. Павловка вывело значительные территории  сельскохозяйственных и селитебных земель из оборота, при этом существенные площади (до 15,3 км2) в результате оказались заняты рекультивированными и нерекультивированными отвалами пустой породы и разубоженных бурых углей. Помимо уникальной металлоносности углей, значительный исследовательский и народно-хозяйственный интерес вызывают изменения отвалов и слагающей их породы с течением времени под действием поверхностных агентов, а также и то воздействие, которое оказывается разрушающимися отвалами на окружающую среду.
На примере Павловского буроугольного месторождения показана высокая эффективность выбранных методик дистанционного зондирования Земли для мониторинга и оценки техногенных ландшафтов горнодобывающих предприятий. С помощью дистанционных методов дешифрирования и расчета дистанционных индексов-показателей состояния биогеосистем (NDVI) показана высокая степень влияния горнорудного производства на формирования ландшафтов и хозяйственную деятельность человека. Применение методов дистанционного мониторинга в дальнейшем позволит эффективно планировать природопользование на указанных территориях.
В результате реализации системы дистанционного мониторинга горнопромышленных предприятий юга Приморского края могут быть сформированы конкретные рекомендации по:
•    рекультивации и комплексному освоению территорий;
•    вторичному использованию и возможностям переработки отвалов;
•    сельскохозяйственному использованию земель;
•    использованию карьеров в рыбохозяйственных целях и для строительства гоночных стадионов.

ЛИТЕРАТУРА
1.    С. Л. Шевырев, В. Г. Хомич. Выявление инфраструктурных элементов рудно-магматических систем Приморья по материалам космического зондирования / Вестник ВГУ. 2013. С.118-128.
2.    Павловское месторождение. Спецугли, участок // [Электронный ресурс]: Nedradv.Ru. URL: http://nedradv.ru/mineral/places/mineral-objinfo.cfm?id_obj=f2f5e2370b07304ef3b5b8e49147e514 (Дата обращения: 19.01.2014)