Украина характеризуется развитием большого комплекса различных по возрасту геологических формаций (кристаллических, осадочных и др.), природные эволюционные процессы в которых обусловили формирование на ее территории до 5% мирового объема минерально-сырьевых ресурсов. Угольная промышленность базируется на запасах трех бассейнов (Донецкого, Днепровского, Львовско-Волынского) и занимает одно из ведущих мест в топливно-энергетическом комплексе страны.
История развития Донбасса превышает 200 лет. Здесь на площади 15 тыс. км2 по мере увеличения глубины ведения горных работ (до 900-1300 м) и снижения уровня подземных вод под влиянием шахтного водоотлива нарастало региональное нарушение равновесия в системе "минеральный скелет горных пород - подземные воды". Следствием новых гидродинамических условий явилось развитие локально-региональных депрессий уровенной поверхности подземных вод, углубление зон активного водообмена с 150-250 до 450-550 м с усилением инфильтрации атмосферных осадков и поступления в водоносные горизонты поверхностных вод из рек, водохранилищ, прудов и других водных объектов. Дополнительным региональным следствием шахтного водообмена было выравнивание гидрогеохимических усло-вий за счет смешения поверхностных и подземных вод и прироста их минерализации из-за выщелачивания солей из пород и поровых растворов.
В настоящее время в Донбассе эксплуатируются 254 шахты глубиной от 500 до 1300 м. С 1960 г. в плановом порядке в связи с отработкой запасов угля были закрыты методом "мокрой" консервации более 100 шахт. Кроме того, оста-новлено около 150 шахт, сбитых с действующими на раз-личных глубинах, что позволяет поддерживать их в режиме неполного (регулируемого) затопления.
На протяжении всего периода развития Донбасса из недр извлечено свыше 21 млрд. т (до 12 км3) пород, в том числе угля около 15 млрд. т (10 км3). Вследствие отработки угольных пластов с полной посадкой кровли в очистных выработках деформировано с нарушением сплошности более 600 км3 породного массива, на 8000 км2 произошло проседание дневной поверхности в среднем на 1,5-2 м с одновременным увеличением проницаемости массива и усилением взаимодействия поверхностных и подземных вод [1,2].
Добыча угля сопровождается значительным водопритоком в шахты, суммарная величина которого достигает 25 м3/с (777,6 млн. м3 в год), что в 3-5 раз превышает объем природных водных ресурсов региона (результат многократного поступления речных вод в зоны шахтного дренирования). При средней минерализации шахтных вод 3 кг/м3 солевынос составляет 2,4 млн. т в год. В результате длительного водоотлива на территории ведения горных работ в зоне безнапорной фильтрации (трещинно-грунтовый горизонт) образовалась региональная воронка депрессии глубиной 40- 50 м. В пределах шахтных полей размер локальных нижележащих воронок в каменноугольном водоносном комплексе достигает глубины отработки угольных пластов, т. е. 800- 1000 м. Объем осушенных пород 150-200 км3. Водообильность шахт в период максимального развития угледобычи составляла 3-3,5 м-Ут. В условиях современного падения объемов добычи она достигает 8-10 м3/т, что резко ухудшает водно-экологические условия региона [З].
Пространственное развитие загрязнения подземной гидросферы под влиянием техногенных объектов (более 300 накопителей шахтных вод, 1185 терриконов, в том числе более 300 горящих, и др.) проявляется в виде макро- и микрокомпонентного повышения минерализации подземных вод. Это обусловлено усилением фильтрации техногенного загрязнения как из поверхностных накопителей твердых и жидких отходов, так из-за воздействия зон геохимического загрязнения почв и грунтов. В последние годы отмечено преимущественное развитие микрокомпонентов загрязнения подземных и поверхностных вод на фоне относительно стабильного макро-компонентного состава [4].
Анализ материалов многолетнего экологического мониторинга показал, что вследствие увеличения техногенной нагрузки на гидросферу развилось значительное количество очагов загрязнения подземных вод (несколько десятков) и за 30 лет минерализация их возросла от 0,5-1 до 1,5-3 г/дм3. При этом площадь развития пресных подземных вод (солесодержание до 1 г/дм3) сократилась в 4 раза, а воды с повышенной минерализацией (1,5-3 г/дм3) установлены на 83% рассматриваемой территории. Поэтому следует ожидать увеличения загрязнения подземных вод за счет множественного привноса микроэлементов из зон геохимического загрязнения грунтов (преимущественно атмогеохимического объектами промышленно-городских агломераций).
Кроме того, наличие большого числа прудов-накопителей шахтных вод, хвосто- и водохранилищ различного масштаба и назначения и других объектов инфильтрационного питания подземных вод, включая утечки из водонесущих коммуникаций промышленно-городских агломераций, способствует устойчивому подъему уровней грунтовых вод и развитию подтопления. Техногенная активность тепло-влагопереноса в зоне аэрации при сокращении ее мощности становится важным фактором ускорения миграции загрязнения в горизонты подземных вод.
Ведущим процессом формирования современных эколого-гидрогеологических условий района исследований является долговременная дестабилизация режима уровней и хими-ческого состава подземных вод из-за закрытия значительного числа шахт.
Эколого-гидрогеологическое влияние шахтных вод в пределах Донбасса на современном этапе их формирования отличается сложностью из-за крайне разнонаправленного и многофакторного воздействия промышленно-городских агломераций, влияния депрессий уровней подземных вод, вызванных шахтным водоотливом, на поверхностные водные объекты. Особо следует отметить региональное влияние принципиальных изменений природных гидрогеофильтрационных систем, находившихся ранее в равновесном состоянии в границах "водораздел (область питания) - склоны речных долин (область транзита) - поименно-русловые зоны рек (область разгрузки)". В большинстве случаев фильтрация из рек идет в режиме "дождевания", т. е. реки имеют "подвешенный характер" над шахтными полями и являются главным механизмом перераспределения вод и их многократного поступления в зону формирования шахтного водопритока.
Ускоренное развитие горнопромышленных районов Украины в 1950-2000 гг. обусловило нарастание объемов шахтных вод (до 0,8 млрд. м3 в год), их ведущее техногенное воздействие на развитие локальных и региональных депрессий уровней подземных вод и последующие перемены природных гидродинамических условий. В связи с этим в Донбассе в верхней зоне геологической среды появилась на какое-то время квази-равновесная система "шахтные воды - минеральный скелет", что привело к изменению конфигурации и направлений потоков подземных вод, источников формирования их ресурсов.
Физической основой региональной модели формирования шахтных вод на современном этапе должна быть авто-реабилитационная способность уровней подземных вод к восстановлению своего природно-исторического положения в системе "водораздел - поименно-русловая зона". Поэтому прогноз положения восстановленных в различной степени природно-исторических и природно-техногенных уровней подземных вод, а также новых условий формирования и перераспределения шахтных вод требует разработки специальных методологических подходов к обоснованию структуры модели области фильтрации, учитываемых факторов. Таких, например, как наличие значительных нарушений породного массива, увеличение его проницаемости, высокая степень заиленности русел рек, снижение их уклонов и проницаемости подрусловых отложений и др. Это будет способствовать изменению следующих факторов формирования шахтных вод, ухудшающих эколого-гидрогеологическую обстановку региона:
Принципиально новым горно-геологическим фактором закрытия шахт является то, что скачок водонасыщения подработанных пород способствует накоплению потенциальной энергии в затопленных выработках и росту гидромеханических напряжений с одновременным снижением стойкости породных массивов. Такие процессы обусловливают повышенную вероятность разрушения важных промышленных объектов при сотрясении от 4 баллов и выше, т. е., начиная со слабых сейсмосотрясений. Последнее связано с повышенной чувствительностью разрушенных водонасыщенных пород зоны влияния горных работ к сотрясаемости. Это, по нашим оценкам, даст возможность поднять сеисмовоздеиствия на 1-3 балла, т. е. до 5- 7 баллов сотрясаемости.
Таким образом, территория Донбасса может быть отнесена к области, где за счет техногенного изменения объемов шахтных водопритоков и уровней подземных вод при снятии шахт с эксплуатации произойдет как значительное усложнение эколого-гидрогеологического состояния геологической среды, так и снижение инженерно-сейсмогеологической устойчивости крупных породных массивов. В целом динамика изменения шахтных притоков в развитых горно-промышленных районах отражает направление перехода геологической среды к новому экологическому состоянию. Поэтому оптимизация процесса реструктуризации ГПР непосредственно связана с управлением режимом (объемом и качеством) притоков шахтных вод.
1. Беседа Н. И, Сляднев В. А., Яковлев Е. А. Региональные техногенные изменения геологической среды Донбасса под влиянием горных работ.- К.: Общество "Знание" Украи-ны, 1977.
2. Сляднев В. А., Бент О. И., Беседа Н. И. Социально-эколо-гические проблемы ресурсосбережения в угледобывающих районах Украины// Экотехнологии и ресурсосбережение.- 1996-№5-6.
3. Беседа Н. И., Сляднев В. А., Яковлев Е. А. Проблемы эко-логии в Донбассе в связи с реструктуризацией угольной про-мышленности// Уголь Украины.- 1997.- № 6.
4. Беседа Н. И., Сляднев В. А., Яковлев Е. А. и др. Проблемы охраны водных ресурсов в горнопромышленных районах на примере Донбасса// Экотехнологии и ресурсосбережение.- 1997.-№3.