Материалы VII Международной студенческой экологической конференции. Новосибирск, 2002, с. 85-87
М.С. Заборин (ДонНТУ), О.А. Улицкий, (ГК «Укруглереструктуризация»)
Б.С. Панов (ДонНТУ)
Проблемы реструктуризации угольной
промышленности ныне весьма актуальны для всех угледобывающих регионов бывшего
СССР. К таким регионам относится и Донецкий каменноугольный бассейн – один из
крупнейших в Европе и безусловно самый крупный в
Украине.
С работой угольных шахт связаны такие
отрицательные с экологической точки зрения явления как деформации земной
поверхности, загрязнение поверхностных водотоков и подземной гидросферы
шахтными водами, а также загрязнение атмосферы и почв. Кроме того, значительные
территории занимают породные отвалы – терриконы, которые также являются
источниками загрязнения почв и атмосферы токсичными элементами.
Казалось бы, закрытие убыточных шахт
может решить многие экологические проблемы угледобывающих регионов. Но при всей
кажущейся простоте, процесс закрытия шахт очень сложен. И явления, возникающие
в результате необдуманного их закрытия, гораздо серьезнее, а последствия
гораздо ужаснее, нежели при их эксплуатации.
К явлениям, которые возникают в результате закрытия шахт, относятся:
1)
активизация сдвижений земной поверхности, вызванная
обводнением горного массива.
В процессе затопления горного массива, прочностные свойства пород уменьшаются. Это приводит к потере установившегося равновесия толщи горных пород и к активизации процессов сдвижения (деформации земной поверхности в пределах Донбасса изменяются от долей миллиметров до первых сантиметров), что, в свою очередь, может вызвать повреждения в зданиях и сооружениях.
2) шахтные
газы (в первую очередь - метан), вытесняемые на земную поверхность при
затоплении горного массива водой.
Опасные по выделению шахтных газов на земную поверхность участки приурочены к площадям подработки и, как правило, ограничены ими. Анализ горно-геологических и горнотехнических условий показывает, что выделение шахтных газов, связанное с прекращением вентиляции и затапливанием ликвидируемых шахт возможно:
· над выходами газо-водоносных песчаников в замковых частях антиклиналей;
· над выходами пород, залегающих в кровле отработанных пластов в замковых частях антиклиналей;
· над выходами зон затухания надвигов и в зонах пересечения надвигов;
· в радиусе 25 м над устьями погашенных и погашаемых горных выработок.
Проникновение шахтных газов к земной поверхности вызывает загазирование подвалов, жилых и производственных помещений, что сопряжено с опасностью удушья людей и воспламенении метана.
3) шахтные
воды, выходящие на поверхность
После прекращения откачки воды в шахтах, происходит восстановление уровней подземных вод до естественных. В результате полного затопления горных выработок шахт возможен выход подземных вод на поверхность. Разгрузка этих вод будет происходить через породы, залегающие в кровле или почве отработанных пластов, через зоны дробления крупных надвигов, выходящих на поверхность, ранее ликвидированные горные выработки (стволы, сбойки, шурфы), а также в наиболее пониженных местах рельефа. Выходящие на поверхность шахтные воды могут создать значительные проблемы хозяйственной деятельности человека. Ведь кроме самого явления подтопления, также существует проблема загрязнения почв, поверхностных и грунтовых вод, в т.ч. и местных источников водоснабжения (колодцы, скважины), поскольку шахтные воды имеют высокую минерализацию и загрязнены как различными химическими элементами, так и органическими веществами. Кроме того, постоянное воздействие агрессивных шахтных вод на фундаменты сооружений, находящихся в зоне подтопления, оказывает значительное негативное влияние на их прочностные характеристики.
4) отвалы горных пород (терриконы)
Терриконы, которые и после закрытия шахт остаются главным “украшением” Донбасса, являются главным источником поступления в атмосферу, гидросферу и почву компонентов-загрязнителей.
Главными источниками загрязнения атмосферы являются выбросы горящих отвалов, содержащих окись углерода, сернистый ангидрид, окись азота, сероводород и др., а также породы отвалов, содержащие токсичные соли, углефицированный и пиритизированный материал и т.д. Почти 30 % процентов объёма всех выбросов в атмосферу среди загрязнителей региона составляет зола, в состав которой входят окислы фосфора, мышьяк и более 60 микроэлементов.
При возгорании терриконов кроме указанных газов в атмосферу уносятся такие элементы, как ртуть, бериллий, марганец кобальт и титан. Оставшаяся часть породных отвалов обогащается при этом фосфором, молибденом, хромом, мышьяком, свинцом, литием, большинство из которых выщелачиваются атмосферными водами и загрязняют почву и другие среды токсичными элементами.
Загрязнение почвы выбросами в атмосферу происходит в связи с оседанием твердых частичек выбросов (зола, пыль, сажа), поглощением газов почвой, захватом загрязнений облаками с последующим вымыванием осадками и зависит от особенностей источников загрязнения, метеорологических особенностей региона, геохимических факторов ландшафтной обстановки в целом.
В ходе переноса промышленных выбросов техногенным потоком имеет место трансформация материалов-загрязнителей. Вещества загрязнители, образуя техногенные потоки, могут распространяться на значительные расстояния от источника (до 40 км). Пирит, служащий основным источником поступления в почву серной кислоты, быстро окисляется и воздействует на почву непосредственно вблизи источника загрязнения. Более устойчивые к выветриванию уголь и углефицированная порода переносятся на значительные расстояния и служат источником поступления в почву серы и тяжёлых металлов.
По характеру и степени техногенного загрязнения выбросами в атмосферу в зоне действия угледобывающей промышленности выделяются три зоны:
- зона непосредственного загрязнения, 0,5 км от источника загрязнения. Чернозем утрачивает по всем параметрам присущие ему свойства до глубины 60 см;
- транзитная, 0,5...2 км. Характерно повышенное содержание серы, декальцинация поглощающего комплекса до глубины 40 см;
- аккумулятивная, 2...5 км. Выделяется повышенным содержанием углерода, тяжелых металлов в пахотном горизонте почвы.
“Кислотные” дожди, которые образуются при избытке в атмосфере соединений серы, азота и углерода , поступая в почву региона, способствуют вымыванию катиона кальция и появлению поглощенного водорода, что приводит, прежде всего, к ухудшению физических свойств этих и без того бедных кальцием почв. Чернозёмы Донбасса, подвергшиеся техногенному загрязнению, приобретают нехарактерную для них кислую реакцию.
Состояние водной среды зависит от состояния сопредельных сред, в т.ч. от загрязнения атмосферы и почвогрунтов. Кроме того, подземные и поверхностные воды имеют тесную гидравлическую взаимосвязь, в результате чего загрязнение поверхностных вод токсичными и вредными химическими веществами влечёт за собой загрязнения подземных вод и наоборот. Так, с шахтными водами в поверхностные водные объекты поступает большое количество поллютантов: нефтепродукты, фенолы, железо, медь, цинк, литий и др. В то же время в результате некачественной гидроизоляции днищ прудов-отстойников шахтных вод, шламонакопителей, их подработки горными работами в водоносные горизонты за счёт фильтрации вносятся сульфаты, хлориды, фенолы, нефтепродукты, окислы азота, цианиды, барий, стронций, ртуть, марганец и др.
В общем случае закрытие шахт подразумевает значительное снижение поступления в окружающую среду вредных элементов. Однако поскольку все геосферы взаимосвязаны и каждая из них имеет свои свойства, резкого улучшения экологической ситуации ожидать не приходится. Так, несмотря на то, что после ликвидации шахт выбросы в атмосферу уменьшатся, общее поступление загрязняющих веществ, в частности тяжелых металлов, в окружающую среду остается на прежнем уровне. Это объясняется тем, что почва обладает способностью депонировать загрязняющие вещества и может быть длительное время вторичным источником загрязнения.
Как уже было отмечено, закрытие шахт вызовет развитие целого ряда неблагоприятных процессов, в связи с чем в проекте ликвидации необходимо предусмотреть соответствующие мероприятия по инженерной защиты территорий. Кроме того, на уже ликвидированных шахтах необходима постановка мониторинговых исследований динамики и химического состава подземных вод, а также деформаций дневной поверхности прилегающих территорий.
Литература
1. Ермаков В.Н., Улицкий О.А., Спожакин
А.И. Изменение гидродинамического режима шахт при затоплении шахт Стахановского
региона. “Уголь Украины”. – 1998. - №6, с. 11-13.
2. Ермаков В.Н., Семенов В.А., Улицкий О.А., Котелевец Е.П., Тарахкало А.В.
Развитие процессов подтопления земной поверхности под влиянием закрывающихся
шахт. “Уголь Украины”. – 2001. - №6, с. 12-13
3. Комплексный проект защиты территории Стахановского региона в связи с закрытием группы шахт, 522 с., Луганск 2000 г.