Обзор существующих исследований и разработок по теме.

     По данной теме исследования ещё не проводились. Статьи, посвященные близкой тематике публиковались в "Горном журнале" [1, 2, 4, 8, 9, 10]. В частности, в одной из статей [9], помещенных в этом издании, говорится о наработках института проблем природопользования и экологии НАН Украины. Этим заведением выполнен анализ влияния горнодобывающего производства на все компоненты окружающей среды. Установлены крупные экологические и технико-экономические показатели разработки месторождений в зависимости от применяемых технологий добычи полезных ископаемых и геологических параметров залегания минерального сырья, а также общие закономерности реакций со стороны экосистем на техногенные нагрузки. На основании этого разработаны методические подходы к определению предельных дополнительных техногенных нагрузок на природные системы, основные принципы, формирования которых учитывают наши исследования влияния породных отвалов на окружающую природную среду. Однако подобная информация зачастую носит поверхностный характер, так как недостаточно изучены вопросы изменения параметров породных отвалов во времени, из-за недоработки в документации, особенно при паспортизации породных отвалов, и многого другого. Вследствие чего остается достаточно нерешенных вопросов, над которыми необходимо работать.

    По количеству промышленного загрязнения на душу населения Украина занимает одно из первых мест в Европе, этот показатель и определяет среднюю продолжительность жизни в стране - 66 лет, тогда как в Японии, Швейцарии, Исландии средний показатель уровня жизни составляет 75-79 лет.  20 % территории Украины являются зоной экологического бедствия.

   В Украине функционирует 1700 вредных производств, 1000 из них, являются экологически опасными. По масштабам детской смертности Украина занимает первое место в Европе, как и по показателям количества онкологических заболеваний.     Эта грустная статистика является результатом халатной хозяйственной деятельности предприятий Украины. В среднем по Украине одно предприятие выбрасывает в окружающую среду 154,7 тонн вредных веществ. Однако улучшение ситуации пока не намечается, что грозит самыми непредвиденными последствиями. Химическое загрязнение грунта, приземной атмосферы, растений, достигли критических уровней, опасных для жизнедеятельности населения. Особенно критическое положение создалось на территории Донецко - Макеевской городской агломерации, где практически на всей территории произошли техногенные изменения экологического состояния окружающей среды. Территория области характеризуется наличием районов, пораженных опасными геологическими процессами, как естественного, так и техногенного происхождения, которые могут привести к сложным техногенным авариям и катастрофам, значительным нарушениям жизнедеятельности населения.     После длительного спада объемов образования промышленных отходов в области в 1999 году объем выбросов промышленных отходов увеличился на 10% в сравнении с 1998 годом из-за повышения объемов производства. Увеличение объемов производства продолжалось и до 2005 года. Дальше прогнозируется производство на том же уровне с возможным подъемом, что означает увеличение объемов образования, как промышленных отходов так и выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух.     В последние десятилетия использование вторичного сырья во многих развитых странах стало вопросом государственной важности. Такое повышенное внимание к использованию вторичных ресурсов объясняется, в первую очередь, истощением запасов полезных ископаемых.     Отечественный и зарубежный опыт показывают, что использование многих видов вторичных ресурсов технически осуществимо и экономически выгодно.     Однако в Украине переработка вторичного сырья и промышленных отходов ведется неудовлетворительно. В связи с экономическими трудностями большинство месторождений разрабатываются некомплексно или без увязки с перспективами развития перерабатывающих отраслей промышленности.     Зарубежные примеры свидетельствуют о решении вопроса использования золы ТЕС, попутных шахтных пород и отходов углеобогащения. Так, еще в 80-х годах в Германии около 80%, во Франции – 65%, в Великобритании – 54%, в Финляндии - 52% минеральных отходов твердого топлива перерабатывались в различные строительные материалы и изделия. В США 38% золы, производимой электростанциями, используется только при изготовлении растворов и бетонов, в Чехии и Словакии 75% изделий из ячеистого бетона изготовляют на золе, в Польше - более 50%. Золы тепловых электростанций и отходы углеобогащения за рубежом широко используются при производстве обжигательного керамического кирпича и искусственных пористых заполнителей.

    Значительное количество выбросов вредных веществ в атмосферу производит угольная промышленность, также угольная промышленность образует 55% всех образуемых в стране отходов, то есть больше чем все другие отрасли вместе взятые. Это указывает на нерациональное использование природных ресурсов.     Основными источниками загрязнения окружающей среды являются действующие места складирования промышленных отходов (породные и шлаковые отвалы, накопители химических отходов).     Подземная разработка угля в зависимости от горно-геологических и горнотехнических факторов имеет большое разнообразие технологий разработки, которые влияют на окружающую природную среду в подземных условиях, на поверхности, а также на полноту использования природных ресурсов.     Исключением является технология выемки угля с полной закладкой выработанного пространства, когда порода от проходки горных выработок используется в качестве материала закладки. При такой технологии отпадает необходимость в породных отвалах, которые неблагоприятно влияют на окружающую среду.     Основными процессами, связанными с подземной добычей угля, которые влияют на природную среду, является проведение подготовительных выработок и очистной выемки угля; выдача на поверхность горной массы и ее обогащения; выдача шахтных вод на поверхность.     Сдвиг массива горных пород в сторону выработанных пространств меняет напряженное состояние массива, увеличивает его трещиноватость за счет вскрытия природных трещин и образования новых трещин в результате разламываний монолитных блоков, изменяет температуру пород в сторону ее увеличения и др.     В свою очередь эти изменения состояния массива горных пород вызывают дегазацию слоев угля и газоносных пород. Газ, который выделился из массива, (метан или углекислый) по трещинам мигрирует в горные выработки, а иногда на земную поверхность. Миграция газа на земную поверхность очень опасна для людей и животных, а также может изменять газовый состав грунтового слоя.     Метан выделяется в огромных количествах в горные выработки и выносится вентиляционными струями в атмосферу. Это ценное топливо и сырье для промышленности теряется в атмосфере, чего нельзя допускать в соответствии с современными требованиями о комплексном использовании природных ресурсов.     Сдвиг массивов горных пород приводит к тому, что трещинами водоносные горизонты соединяются между собой и с поверхностными осадочными водами, в результате этого происходит смешивание и химическое взаимодействие между растворенными веществами вод разных горизонтов.     Значительные нарушения природного ландшафта происходит за счет складирования породы шахтами и обогатительными фабриками в отвалах. Каждая тысяча тонн подземной добычи сопровождается выдачей на поверхность 110...150 м3 породы, тысяча тонн обогащения угля - складированием 100... 120 м3 породы. Породные отвалы вызывают отчуждение значительного количества дефицитных сельскохозяйственных земель, загрязнения грунтовых вод, грунтов и воздушного бассейна. Техногенная нагрузка на единицу территории в Донецкой области более чем в 9 раз превышает среднюю по Украине.     В Донецкой области продолжают гореть 132 породных отвала. В настоящее время, по данным государственного управления экологии и природных ресурсов в Донецкой области на территории региона расположены 582 породных отвала угольных шахт и обогатительных фабрик. В городе Донецке продолжают гореть 30 породных отвалов. В эксплуатации сейчас находятся порядка 125 отвалов. Площадь поверхности каждого такого отвала около 0,12 км2 . Чтобы провести профилактику самовоспламенения всех поверхностей отвалов необходимо добыть более 4 млн. т глины или 22 т на 1000 т породы. Породными отвалами ежегодно выбрасывается в атмосферу более 65 000 тонн вредных веществ.     В результате работы горнодобывающих предприятий нарушены 24 тыс. га сельскохозяйственных земель, из которых 4,3 тыс. га отработаны и подлежат рекультивации. Этот объем площадей за последние 10 лет не уменьшается - под породными отвалами в области занято 3,7 тыс. га.     У многих угледобывающих предприятий присутствует самозахват земель. Например, шахтами прежнего объединения «Донецкуголь» под породные отвалы без отвода земель занято около 200 га, из них 2,6 га сельхозугодий.     Над очистительными выработками обвалилось свыше 600 км3 массива, что привело к проседанию земной поверхности на 50-60% площади шахтных полей. Проседание земной поверхности колеблется в пределах от 1,2 до 5,5м., а в среднем по бассейну составляет примерно от 1,5 до 2,5 м., в результате чего сформировалась региональная депрессивная воронка глубиной 25-40м.. С проседанием земной поверхности тесно связанны процессы затопления и подтопления территорий, а также заболачивания почв, которые сопровождаются разрушением зданий и сооружений, нарушением условий гидрогеологии региона, что приводит к истощению и осушению колодцев, водостоков, источников, водоемов и рек. В бассейне подтоплены значительные площади городов Донецка, Макеевки, и др.     Вокруг большинства породных отвалов грунты и грунтовые воды в радиусе до 0,5 км засолены и загрязнены, растительный мир подавлен. Горящие породные отвалы выделяют в атмосферу большое количество вредных газов (СО, СО2, S02, Н2S) и пыли, которые в десятки раз превышают допустимые нормы. При вдыхании загрязненного воздуха, который содержит окислы серы, мелкие частицы удерживающие свинец или асбест, окислители, окислы углерода, бериллий приводят к усилению имеющихся заболеваний или вызывают заболевание легких, влияют на психику, приводят к отравлению и снижению иммунитета и работоспособности человека. Данные по влиянию изменения вредных веществ в атмосфере, воде, земле и их влияние на здоровье человека не систематизированы и им не дается надлежащая оценка. Можно говорить об этом лишь побочно: по сокращению продолжительности жизни человека, увеличению смертности, общей заболеваемости населения и т.д.

Далее

Текущие и планируемые результаты по теме исследований

    Основной перспективой исследований является возможность использования результатов работы как на предприятиях угольной промышленности так в народном хозяйстве в целом. Данные накопленные в ходе исследований, позволят принимать эффективные решения по охране окружающей природной среды от негативного воздействия породного комплекса угольных шахт.

    Результаты выполненной работы позволят:  

• оценить воздействие породного комплекса на окружающую природную среду;     
• спрогнозировать дальнейшие изменения;     
• предотвратить последующие негативные воздействия, приводящие к кризисным ситуациям.

   Цель данной работы - разработка предложений по снижению вредного воздействия породных отвалов угольных шахт на окружающую природную среду за счёт разработки и обоснования изменения их параметров, достигнута.

Достижение цели работы позволило решить такие задачи:
    
1. Проведение системного анализа всех породных отвалов шахт Донбасса как источников сырья для промышленности;     
2. Проведение анализа основных параметров породных отвалов, установление закономерностей происшедших во времени и разработка прогнозных моделей описывающих динамику происшедших изменений;     
3. Обоснование направлений и критериев рационального использования породных отвалов как источников сырья для промышленности;     
4. Разработка рекомендаций по совершенствованию учетной документации породных отвалов а также ведению статистической отчетности;     
5. Экономическое обоснование технологических решений по использованию породы.

    В ходе выполнения работы была создана информационная база породных отвалов Донецкой области, были рассмотрены теоретические зависимости изменения параметров породных отвалов во времени, установлены особенности и закономерности формирования и рекультивации породных отвалов. Создана физико-механическая и математическая модель изменения их параметров. Предложена методика принятия технологических решений по использованию породы отвалов. Описаны наиболее перспективные технологии по использованию породы в промышленности Украины, а именно: использование породы для строительного материала, для изготовления удобрений, для металлургической отрасли, для строительства дорог и др., что послужит хорошим материалом для владельцев породных отвалов. Разработан алгоритм по выбору технического решения для производства продукции из породы.

   Результаты магистерская работы могут быть использованы предприятиями угольной промышленности и других отраслей народного хозяйства для разработки технических решений по улучшению состояния окружающей среды. Но на первом месте должны стоять не прибыли, а экологический и социальный эффект, потому что это ведет к устойчивому развитию государства и продолжению нормальной среды для жизни будущим поколениям.

Рис. 1  Переформирование породного отвала бульдозером.
(для создания анимации потребовалось 54 кадра.)

Список источников:

    
1. Леонов П.А., Сурначёв Б.А. Породные отвалы угольных шахт. М, изд-во «Недра», вып. 1970, стр. 112.     
2. Янов Н.К., Гавриш В.И. Разработка шахтных терриконов. Донецк, «Донбасс», 1972.     
3. Янов Н.К. Использование промышленных отходов в строительстве. Киев.: Будівельник, 1982.-60 с.     
4. Вторичные материальные ресурсы угольной промышленности: (Образование и использование). Справочник/Гл. редкол.: А.Е.Юрченко (гл. ред.) и др.-М.: Экономика, 1984.-96 с.     
5. Певзнер М.Е., Костовецкий В.П. Экология горного производства. - М:Недра, 1990.-235 с: ил.     
6. Охрана окружающей природной среды при подземной разработке месторождений полезных ископаемых / О.В. Колоколов, Н.П. Хоменко.- К.:, Донецк: Вища школа. Головное издательство, 1986. - 232 с.     
7. Учебное пособие « Утилизация и рекуперация отходов» (для студентов специальности 7.070801 «Экология и охрана окружающей среды»/Краснянский М.Е., Донецк: ООО «Лебедь», табл.27.рис.72. - 122с.     
8. Технологические схемы рекультивации терриконов и плоских породных отвалов шахт и обогатительных фабрик. Пермь.1981 г.     
9. Временное руководство по определению объёма и номенклатуре исходных данных для составления мероприятий по утилизации вскрышных и вмещающих пород. Пермь. 1983г.     
10. „Земля тривоги нашої”. За матеріалами доповіді про стан навколишнього природнього середовища в Донецькій області у 2006 році.

В начало