Эколого-геохимические особенности углей и шахтных вод Донбасса (на примере Донецко-Макеевского углепромышленного района)

Донецко-Макеевский углепромышленный район, имеющий площадь 3170 км² и находящийся в пределах Донецкой области, расположен на южном крыле Кальмиус-Торецкой котловины. Кроме пликативных дислокаций в районе широко распространены разрывные нарушения, в подавляющем числе представленные надвигами: Мушкетовский, Французский, Калининский, Тимошенко, Ясиновский, Первомайский и др.

Толща карбона включает все свиты среднего и нижние свиты верхнего отдела. Наиболее угленосными в районе являются свиты С₂³, С₂⁵, С₂⁶, и С₂⁷ [2].

Наибольшие превышения кларков осадочных пород характерны для элементов I класса опасности: ртути – в 5-62,5 раз, мышьяка – в 15-106 раз, бериллия – в 10 раз, свинца – в 15 раз, цинка – 2-2,5 раз.

Средние содержания большинства остальных элементов близки к кларковым значениям, образуя лишь в отдельных случаях повышенные концентрации. Максимальные превышения содержаний по отношению к кларкам установлены для Bi – до 90 раз, S – до 25 раз, Ge - до 17 раз, Ba – до 12,5 раз, Sc, Ag и Mn – до 3 раз, Mo и Li – до 2,5 раз, Sr - до 2 раз, Co и Cr – до 1,5 раз, V и Ti – до 1,2 раз.

• превышающие кларк по всем пластам (Ge, As, Bi, S);
• превышающие кларк по отдельным пластам (Hg, Be, Zn, Pb, Ba, Sr, Ga);
• превышающие кларки в единичных случаях (Sc, Co, Mn, V, Cr, Ti, Mo, Ag, Li, F);
• на уровне и ниже кларков (Rb, Cs, Sn, Nb, Ni, Cu, Zr, Y, La);
• в углях не обнаружены Tl, Sb, Cd, Ta, Нf.

Для шахтных вод Донецкого-Макеевского района, характеризующихся преимущественно сульфатно-хлоридно-натриевым составом и высокой минерализацией, наиболее типичными элементами являются: Li, Ba, Mn, Ti, Pb, Sr, Ni, Mo, Cu, Cr, V, B, Br, F, выявленные практически во всех пробах. Меньшей встречаемостью характеризуются Zn, Bi, Zr, Co, La, Ag. В отдельных пробах обнаружены Cd, Sc, Nb, Y, Yb, Sb, Hg, Be, As, Au, Ga. В шахтных водах района не выявлены Tl, Ta, Hf, W.

В углях Донецко-Макеевского углепромышленного района превышение ПДКп характерно практически для всех элементов I класса опасности (табл. 1).

Таблица 1. Максимальные содержания элементов I класса опасности, превышающие ПДК, в углях Донецко-Макеевского района.

Концентрации мышьяка по отдельным пробам превышают ПДКп до 350 раз (пласты l₄, l₇, m₃, h₁₀, h₈), в среднем составляя 9-10 раз. Наиболее высокие содержания ртути, превышающие ПДКп до 12 раз, отмечены в угольном пласте g₂, разрабатываемом шахтами ш/у “Донбасс” и “Заперевальная”.

Превышение ПДКп по свинцу достигает 6,25-9,4 раз (максимальные превышения установлены по пластам k₈, l₄, m₃). Наиболее высокое содержание фтора отмечено по пласту l₄ (ш/у “Донбасс” и “Заперевальная”) – 2 ПДКп. Превышение ПДКп по цинку составляет в среднем 1,5-2 раза, достигая по отдельным пластам 8,7 раз (h₁₀, h₃, l₄, l₇, l₈¹, m₃, m₄¹).

Одним из наиболее токсичных элементов является бериллий. При использовании углей, обогащенных Be необходимо иметь в виду, что при сжигании угля бериллий образует пыль оксида, которая не улавливается электрофильтрами [3]. Поскольку для бериллия нет установленного ПДКп, при анализе использовался кларк осадочных пород (3,0 г/т). Концентрация бериллия в угольных пластах исследуемого района, находится в пределах 0,4-50 г/т, в среднем составляя 4,0 г/т, а по пластам h₁₀, h₇, h₈, k₈, l₁, l₄, l₆, l₇, l₈¹, m₃, m₅, m₂, m₄¹ превышает кларк осадочных пород в 16,7 раз.

Содержание элементов II и III класса опасности в углях района, как правило, не превышает ПДКп. Единичные превышения ПДКп зафиксированы для хрома, марганца и ванадия.

В шахтных водах исследуемого района наблюдается иная картина. Из элементов I класса опасности содержание только свинца почти повсеместно превышает ПДК (табл. 2). В отдельных пробах в концентрациях, превышающих ПДК, выявлены фтор (ПДК 1,5 мг/л) (им.Бажанова (1,8 мг/л), “Лидиевка” (1,9 мг/л)) и бериллий.

Наиболее часто в концентрациях, превышающих ПДК, в шахтных водах района встречаются элементы II класса опасности: литий, бор, никель, молибден, сурьма. Содержания лития повсеместно превышают ПДК (табл. 2). Часто превышают ПДК содержания в водах никеля (ПДК 0,1 мг/л): им.Горького (0,17 мг/л), им.Челюскинцев (0,12 мг/л), “Лидиевка” (0,12 мг/л), “Орджоникидзе” (0,13 мг/л); бора (ПДК 0,5 мг/л): “Мушкетовская” (0,59 мг/л), ш/у “Донбасс” (0,84 мг/л), № 9 “Капитальная” (0,59 мг/л), № 6 “Красная звезда” (0,59 мг/л), им.газеты “Правда” (0,71 мг/л). В одиночных пробах отмечены концентрации сурьмы, превышающие ПДК, - “Лидиевка” - 0,116 мг/л (ПДК 0,05 мг/л); а также молибдена– им.Горького - 0,56 мг/л (ПДК 0,25 мг/л).

Из элементов III класса опасности повсеместно превышают ПДК содержания бария и марганца, спорадически стронция и ванадия. Следует также обратить внимание на характерное для района превышающее ПДК содержание титана (табл. 2).

Таким образом, наиболее опасными по содержанию токсичных элементов I класса опасности являются угольные пласты h₁₀, l₄, m₃, l₈¹, h₈, k₈, разрабатываемые шахтами “Кировская”, им. Горького, “Заперевальная”, “Трудовская”, ш/у “Донбасс”, а также воды шахт “Лидиевка”, “Октябрьский рудник”, “Орджоникидзе”.

Концентрация германия в углях района колеблется от 1,2 до 63,4 г/т, составляя в среднем 4,7 г/т, что в отдельных случаях до 21 раз превышает среднее содержание для углей Донбасса и в десятки раз – кларк осадочных пород. Практический интерес представляет содержание германия в энергетических углях более 10 г/т, в коксующихся – более 3 г/т сухого угля. Максимальные содержания германия (до 7,86-33,75 г/т) отмечены на участках распространения марок Д, Г, Ж, К по пластам m₅, l₄, k_8, h₁₁, l₈¹, m₄¹, m₃, l₇¹, m₂, l₁, l₆, l₃ шахт “Трудовская”, им.Засядько, “Панфиловская”, им.Абакумова, “Кировская”, “Лидиевка” (табл. 3). Минимальные содержания германия установлены на полях шахт им.Горького (1,5-3 г/т), “Октябрьский рудник” (2,5-5 г/т).

Содержание галлия в пределах исследуемого района изменяется в пределах от 0,0 до 60,0 г/т, составляя в среднем 9,1 г/т. Повышенное содержание Ga характерны для пластов h₁₀, h₈, h₆, g₂, l₄, l_7, l₁, l₂, k₈. Максимальные концентрации галлия выявлены по пластам l₄, l₇ шх. “Трудовская” и им.Челюскинцев - до 28,1 г/т. Галлий в энергетических углях представляет интерес при содержании его в сухом угле не менее 20 г/т или при содержании не менее 10 г/т при содержании германия более 5 г/т. Второму условию удовлетворяют также пласты l₁, l₂, k₈, m₃.

В углях Донецко-Макеевского района выявлены также высокие концентрации бария. При промышленных содержаниях 1000 г/т, концентрации в углях района достигают: по шахте им.Абакумова – 10000 г/т (l₈), 7000 г/т (l₄), 2000 г/т (m₂); по шахте “Трудовская” – 3000 г/т (l₄), 1000 г/т (k₈), а также по пластам l₈¹ шх. “Лидиевка” – 2000 г/т и k₆ шх. “Кировская” - 2000 г/т.

Максимальные концентрации лития выявлены по пластам l₈¹ шх.“Трудовская” - до 150 г/т; h₂¹, h₃ ш/у “Донбасс”, h₇ шх. “Кировская” и h₇ им.Горького - до 100 г/т (при промышленных 100 г/т).

Из вышеизложенного можно сделать вывод, что наиболее перспективными в плане добычи попутных компонентов в районе являются пласты l₄, k₈, m₃ шахты “Трудовская”, l₁^н, k₈, m₃ шахты “Панфиловская”.

4. Дискуссия и обсуждение.

Использование углей, обогащенных As, Hg, Be и т.п. как в промышленных, так и бытовых целях, а также шахтных вод в сельском хозяйстве и т.д. ведет к загрязнению всех компонентов природной среды. Некоторые элементы, не обладая способностью к летучести, накапливаются в золе и концентратах, что также может иметь негативные экологические последствия при использовании этих углей в коксохимии.

1. Виноградов А.П. Средние содержания химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры// Геохимия. – 1962. - № 7. – С. 555-571.
2. Геология месторождений угля и горючих сланцев СССР: в 12 т. - М.: Госгеотехиздат, 1963. - Т.1: Донбасс. - 1210 с.
3. Клер В.Р., Перциков И.З. Неорганические компоненты твердых топлив. – М.: Химия, 1991. – 221с.
4. Panov B.S., Dudik A.M., Shevchenko O.A., Matlak E.S. On pollution of the biosphere in industrial areas: the example of the Donets coal Basin// International Journal of coal geology - 1999, № 40. – Р. 199-210.

УДК 662.85:550.4

О.А.Шевченко, Ю.А.Проскурня. Эколого-геохимические особенности углей и шахтных вод Донбасса (на примере Донецко-Макеевского углепромышленного района).

Рассмотрены геохимические особенности углей и шахтных вод Донецко-Макеевского углепромышленного района. Проанализированы содержания химических элементов I, II и III классов опасности в этих средах. Установлено превышение предельно-допустимых концентраций в десятки и сотни раз для химических элементов I класса опасности (Hg, As, Be, Pb, Zn) в углях и I, II, III классов опасности (Pb, Li, B, Ni, Ba, Mn, Sr и другие) в шахтных водах Донецко-Макеевского района, что необходимо учитывать при использовании углей и вод в народном хозяйстве. Также установлено, что содержания ряда элементов (Ge, Ga, Sr, Ba, Mn, V, Cr, Li, Ce) достигают промышленных, что позволяет рассматривать их как ценные элементы и извлекать попутно с углями.

УДК 662.85:550.4

Розглянуто геохімічні особливості вугільних відкладів і шахтних вод на прикладі Донецько-Макіївського вуглепромислового району Донбасу. Проаналізовано вміст хімічних елементів I, II і III класів небезпеки у цих середовищах. Встановлено перевищення гранично-допустимих концентрацій в десятки та сотні раз для хімічних елементів I класу небезпеки (Hg, As, Be, Pb, Zn) у вугіллі і I, II, III класів небезпеки (Pb, Li, B, Ni, Ba, Mn, Sr та інші) в шахтних водах Донецько-Макіївського району, що необхідно враховувати при використанні вугілля і вод в народному господарстві. Також встановлено, що вміст ряду елементів (Ge, Ga, Sr, Ba, Mn, V, Cr, Li, Ce) досягає промислових, що дозволяє розглядати їх як цінні елементи і добувать разом з вігіллям.

UDК 662.85:550.4

О.A.Shevchenko, Y.A.Proskurnya. Ecological-geochemical peculiarities of coal and mine water of Donbas (Donetsk-Makeyevka coal-industrial region as an example).