Дистанционное зондирование в экологии топливно-энергетического комплекса России и стран Азии

Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет
Институт вычислительных технологий СО РАН
ДИСТАНЦИОННОЕ  ЗОНДИРОВАНИЕ  В  ЭКОЛОГИИ 
ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 
РОССИИ И СТРАН АЗИИ
Монография
Красноярск
СФУ
2016

УДК	528.8
ББК	 26.0
Д487
Рецензенты:
Тальгамер Б. Л., доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой 
«Разработка месторождений полезных ископаемых» Иркутского государственного технического университета;
Батоева А. А., доктор технических наук, зав. лабораторией «Инженерная экология» Байкальского института природопользования Сибирского отделения Российской академии наук
Авторский коллектив:
И. В. Зеньков, Ю. П. Юронен, И. М. Барадулин, О. В. Сибирякова, 
В. Н. Вокин, Е. В. Кирюшина, П. М. Кондрашов, В. Н. Конов, Ю. А. Маглинец, 

К. В. Раевич
Д487	 	
Дистанционное зондирование в экологии топливно-энергетического комплекса России и стран Азии : монография / И. В. Зеньков, Ю. П. Юронен, И. М. Барадулин [и др.]. - Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. - 308 с.
	
	
ISBN 978-5-7638-3473-4
В монографии представлены результаты экологического мониторинга основных объектов топливно-энергетического комплекса России, Казахстана, Узбекистана, Монголии, 
полученные с использованием ресурсов дистанционного зондирования Земли. Выявлены 
долговременные тренды в формировании и развитии наземных растительных и лесных 
экосистем на территории горно-промышленных ландшафтов, образованных в ходе разработки месторождений энергетического и каменного угля открытым способом. На территории Красноярского края и Иркутской области с использованием результатов космической 
съемки обследованы золошлаковые накопители восемнадцати крупных тепловых станций 
с угольной генерацией тепловой и электрической энергии. Для топливного сектора ТЭК с 
учетом географического расположения предложены технологии рекультивации породных 
отвалов, а для энергетических объектов разработаны технологии эксплуатации золошлаковых накопителей.
Предназначена для научных работников, аспирантов, магистрантов, специалистов, 
работающих в рамках научно-практического направления «Дистанционное зондирование 
Земли», работников сектора государственного управления в области экологии и природопользования, собственников и менеджмента угольных разрезов, тепловых электрических 
станций, проектных организаций.
Электронный вариант издания см.:
http://catalog.sfu-kras.ru
УДК 528.8
ББК 26.0
ISBN 978-5-7638-3473-4	
‹ Сибирский федеральный университет, 2016
‹ ИВТ СО РАН, 2016

ОГ
ЛАВЛЕНИЕ
Введение.
............................................................................................................... 6
Глава 1. Тенденции в развитии топливно-энергетического 
комплекса в России и странах Азии.
............................................................... 9
1.1. Тенденции развития энергетической отрасли в России.
................... 10
1.2. Прогнозный сценарий развития угледобывающей 
промышленности в Республике Тыва........................................................ 19
1.3. О перспективах развития угольной промышленности 
в Республике Казахстан.
.............................................................................. 20
1.4. Перспективы развития угольной промышленности 
в Республике Узбекистан............................................................................ 22
1.5. Перспективы развития угольной промышленности 
в Республике Монголия.
.............................................................................. 24
1.6. Состояние и перспективы развития горных работ при разработке 
угольных месторождений в Республике Хакасия.
.................................... 25
Глава 2. Обзор научных исследований в экологии горного дела.
............ 29
2.1. Анализ отечественных научных работ в области рекультивации 
земель при разработке угольных месторождений открытым 
способом....................................................................................................... 30
2.2. Обзор зарубежных исследований в области экологии 
горнодобывающего производства.............................................................. 37
2.3. Обзор исследований в области экологии с использованием 
результатов дистанционного зондирования.............................................. 44
Глава 3. Мониторинг формирования и развития наземных 
экосистем с помощью дистанционного зондирования 
с космических летательных аппаратов для построения 
информационной модели объекта.
................................................................. 49
3.1. Технические средства дистанционного зондирования Земли.......... 50
3.2. Краткое содержание государственной политики РФ в области 
использования результатов космической деятельности.
.......................... 55
3.3. Структура наземных экосистем и их основные характеристики..... 60
Глава 4. Инженерно-информационное обеспечение 
горно-экологического мониторинга угольных разрезов 
Средней Азии с использованием ресурсов дистанционного 
зондирования Земли......................................................................................... 75
4.1. Современное состояние открытых горных работ 
на Экибастузском каменноугольном месторождении.............................. 76
3

4.2. Результаты геоэкологического обследования 
горнопромышленных ландшафтов на территории отработанной 
части Экибастузского каменноугольного месторождения 
с использованием ресурсов дистанционного зондирования Земли.
....... 85
4.3. Современное состояние открытых горных работ 
на Ангренском буроугольном месторождении......................................... 93
4.4. Результаты геоэкологического обследования 
горнопромышленных ландшафтов на территории отработанной 
части Ангренского буроугольного месторождения 
с использованием ресурсов дистанционного зондирования Земли.
..... 102
Глава 5. Обзор состояния горных работ и мониторинг формирования 
растительных экосистем на угольных разрезах Хакасии, 
Монголии, Тывы, Южной Якутии с использованием ресурсов 
дистанционного зондирования.
.....................................................................113
5.1. Обзор современного состояния горных работ и мониторинг 
развития растительных экосистем на разрезе «Черногорский» 
в Хакасии.....................................................................................................114
5.2. Обзор современного состояния горных работ и мониторинг 
развития растительных экосистем на разрезе «Бугунуурский» 
в Республике Монголия.
............................................................................ 123
5.3. Обзор современного состояния горных работ и мониторинг 
развития растительных экосистем на разрезе «Нерюнгринский» 
в Южной Якутии.
....................................................................................... 133
5.4. Обзор современного состояния горных работ и мониторинг 
развития растительных экосистем на разрезе «Каа-Хемский» 
в Республике Тыва..................................................................................... 146
Глава 6. Инженерно-информационное обеспечение 
горно-экологического мониторинга угольных разрезов Cибири 
с использованием ресурсов дистанционного зондирования Земли.
...... 158
6.1. Современное состояние разработки угольных месторождений 
открытым способом в Красноярском крае и Иркутской области......... 159
6.2. Результаты геоэкологического обследования породных отвалов 
на территории отработанной части Переясловского буроугольного 
месторождения с использованием ресурсов дистанционного 
зондирования Земли.................................................................................. 162
6.3. Разработка информационного обеспечения мониторинга 
экосистемы на породных отвалах угольного разреза «Канский» 
с применением средств дистанционного зондирования........................ 177
4

6.4. Результаты дистанционного зондирования и полевых экспедиций 
по исследованию наземных экосистем на породных отвалах 
разреза «Бородинский»............................................................................. 185
6.5. Информационное обеспечение мониторинга лесной 
рекультивации по данным дистанционного зондирования 
и полевых экспедиций на отработанном участке 
Ирша-Бородинского буроугольного месторождения............................. 189
6.6. Результаты геоэкологического обследования породных 
отвалов на территории Ирша-Бородинского буроугольного 
месторождения.
.......................................................................................... 194
6.7. Результаты дистанционного зондирования растительных 
экосистем и рельефа горнопромышленных ландшафтов 
разреза «Назаровский».
............................................................................. 199
6.8. Результаты дистанционного зондирования растительных 
экосистем на породных отвалах разреза «Березовский»....................... 207
6.9. Информационное обеспечение оценки формирования 
наземной экосистемы при разработке Азейского буроугольного 
месторождения с применением дистанционных средств 
зондирования Земли.................................................................................. 216
6.10. Информационное обеспечение оценки формирования 
наземной экосистемы при разработке Черемховского угольного 
месторождения с применением дистанционных средств 
зондирования Земли.................................................................................. 227
6.11. Экологические проблемы в лесной рекультивации 
на отработанных территориях Ирша-Бородинского и Азейского 
угольных месторождений......................................................................... 241
Глава 7. Разработка экологически и экономически эффективных 
промышленных технологий для топливно-энергетического 
комплекса......................................................................................................... 250
7.1. Технология горнотехнической рекультивации нарушенных 
земель для угольных разрезов.................................................................. 251
7.2. Технологии рекультивации нарушенных земель 
с минимальным загрязнением воздушного бассейна.
............................ 258
7.3. Технологии формирования рельефа породных отвалов 
угольных разрезов для лесной рекультивации.
....................................... 262
7.4. Ресурсосберегающие технологии эксплуатации золошлаковых 
накопителей тепловых электрических станций.
..................................... 270
7.5. Инженерно-информационное обеспечение мониторинга 
объектов топливно-энергетического комплекса Иркутской области 
с использованием результатов дистанционного зондирования.
............ 278
5

7.6. Инженерно-информационное обеспечение мониторинга 
объектов топливно-энергетического комплекса Красноярского края 
с использованием ресурсов дистанционного зондирования................. 285
Заключение.
...................................................................................................... 294
Список литературы........................................................................................ 296
6

Введение
Поступательное развитие общества не может быть устойчивым без 
эффективного решения экологических проблем, исторически накопившихся в топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) в странах Азиатского 
континента. Это касается в первую очередь угледобывающих предприятий, производящих интенсивное изъятие земель в ходе разработки месторождений открытым способом, а также объектов энергетики, оказывающих значительное техногенное воздействие на окружающую природную 
среду.
Основными секторами хозяйственной деятельности общества, в которых производится наиболее значимое изъятие земель различных категорий, 
мы считаем угледобывающую отрасль ТЭК, тепловые станции с угольной 
генерацией энергии. Возраст угольных разрезов, как правило, составляет 
45-50 и более лет, тепловых станций - не менее 30-35 лет. За этот период в области экологии ТЭК проведено много исследований, которые имеют 
право быть использованными. Однако долгосрочных тенденций в формировании и  развитии природных экосистем на  территориях отработанных 
угольных месторождений в разных природно-климатических зонах до сих 
пор не выявлено. В настоящее время имеется реальная возможность выявления таких трендов с использованием разновременных ресурсов дистанционного зондирования Земли. В монографии представлены установленные 
долгосрочные тенденции в формировании и развитии природных экосистем 
на территории горнопромышленных ландшафтов, созданных на месте добычи угля открытым способом, дана оценка структуры земель, нарушенных 
и восстановленных угольными разрезами путем производства работ по рекультивации и в ходе естественного восстановления растительных и лесных экосистем.
Весьма проблемной в  настоящее время является эксплуатация действующих золошлаковых накопителей тепловых станций с  угольной генерацией в топливно-энергетическом комплексе. Использование ресурсов 
дистанционного зондирования Земли позволяет провести оценку состояния 
золошлаковых накопителей, а также достоверно рассчитать объемы работ 
в  альтернативных технологиях их эксплуатации. При переходе на  авторские технологии эксплуатации накопителей в десятки раз снижается эмис7

Введение
сия вредных веществ в окружающую природную среду при строительстве 
ограждающих дамб, снижается до нуля изъятие земель для получения природного материала (грунты для отсыпки дамб) при строительстве дамб, 
а самое главное - появляется реальная возможность снизить затраты на эти 
работы в 15-20 раз для крупных тепловых станций РФ с угольной генерацией энергии.
Основой монографии являются: результаты исследований, проводимых 
в полевых условиях на географической территории «Канско-Ачинская лесостепная зона» Красноярского края: статистическая обработка информационных баз; результаты обработки снимков, полученных в разные годы 
с космических летательных аппаратов; результаты хозяйственной деятельности угольных разрезов, тепловых электрических станций с угольной генерацией энергии; результаты исследований почвенных проб, выполненных 
ФГУ «Станция агрохимической службы «Солянская» (Рыбинский р-н Красноярского края); теоретический и практический материал, опубликованный 
в  ведущих рецензируемых научных журналах и  изданиях, выпускаемых 
в РФ, рекомендуемых ВАК для опубликования основных научных результатов диссертаций на соискание ученой степени кандидата и доктора наук, 
в сборниках статей международных и российских конференций с 2003 по 
2015 г.
Отдельные положения монографии докладывались И. В. Зеньковым 
в г. Красноярске на II международной конференции «Открытые горные работы в XXI веке», проводимой ОАО «СУЭК», на XIX международной конференции «Решетневские чтения», проводимой Сибирским государственным аэрокосмическим университетом имени академика М. Ф. Решетнева, 
на  международных конференциях «Энергетическая безопасность России: 
новые подходы к развитию угольной промышленности», проводимых в период с 2008 по 2014 гг. ЗАО КВК «Экспо-Сибирь» (г. Кемерово), а также при 
чтении лекций на конференции «Агроэкологические проблемы техногенного региона», проводимой ФГОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт» в  рамках Федеральной целевой программы 
«Научные и научно-педагогические кадры инновационной России в 20092013 гг.».
Научно-методологические основы и  новые экологические принципы, 
использованные в настоящей монографии, разработаны Заслуженным экологом РФ, горным инженером, доктором технических наук Игорем Владимировичем Зеньковым на протяжении 30 лет.

Глава 1
Тенденции в развитии 

топливно-энергетического 

комплекса 

в России и странах Азии

Глава 1. Тенденции в развитии топливно-энергетического комплекса в России 
и странах Азии
1.1. Тенденции развития энергетической отрасли 
в России
В Российской Федерации развитие угольной отрасли, являющейся по 
сути сырьевой базой для тепловых станций с угольной генерацией тепловой 
и электрической энергии, определяется Долгосрочной программой развития 
угольной промышленности России на период до 2030 г. [32].
В ходе реализации данной Программы на принципах государственночастного партнерства предполагается достижение следующих результатов: 
увеличение среднегодового прироста объема запасов угля до 530 млн т, в том 
числе коксующегося - до 105 млн т; введение за весь период 505 млн т новых 
и модернизированных мощностей по добыче угля при выбытии 375 млн т 
мощностей неперспективных и  убыточных предприятий и  сокращении 
уровня износа основных фондов с 70-75 до 20 ; рост поставок российского 
угля для электроэнергетики на внутреннем рынке с 68 до 90 млн т условного 
топлива в год при увеличении доли экспорта в поставках угольной продукции с 38,5 до 43-44  и объема мощностей угольных терминалов портов 
России с 69 до 190 млн т; снижение не менее чем в 1,5 раза энергоемкости 
добычи и переработки угля; доведение годового объема добычи шахтного 
метана до 35-50 млрд м3, объема переработки угля для производства синтетического жидкого топлива и сопутствующих продуктов до 15-17 млн т, 
доли комплексного использования отходов угольного производства до 45 ; 
снижение аварийности и травматизма не менее чем на 30 ; доведение уровня рекультивации земель до 100  величины годового нарушения; прирост 
поступлений в федеральный бюджет от организаций угольной отрасли, составляющий 1 706,6 млрд руб.
За последние 10 лет мировое потребление угля выросло почти на 50  
(потребление газа - примерно на 30 , нефти и атомной энергии - менее 
чем на 10 ). Уголь является одним из главных энергоресурсов, способных 
удовлетворить растущие энергетические потребности населения и развивающейся мировой экономики. Конкурентные преимущества российской 
угольной отрасли в рамках отечественного топливно-энергетического комплекса заключаются: в наличии огромных (2-е место в мире) запасов угля, 
которых при существующем уровне добычи хватит на 600 лет; в наличии 
значительного опыта использования устойчивости энергоснабжения (в том 
числе в кризисных ситуациях); в возможности выхода на мировой рынок; 
в наличии существенных резервов повышения эффективности, многообразии различных видов угольной продукции; в возможности адаптации 
к меняющимся условиям рынка; в интеграции с приоритетными направлениями инновационного развития экономики; во вкладе в региональную 
энергетическую безопасность. За последние 10 лет объем добычи российского угля вырос примерно на четверть, объем его экспорта - почти в 3 
10