"Техногенные последствия закрытия угольных шахт Украины" Ю.Г.Гавриленко, В.Н.Ермаков, Ю.Ф. Кренида О.А.Улицкий, В.А.Дрибан./Влияние породных отвалов угольных шахт на окружающую приодную среду./ с 447-450, с 454-459. Донецк, 2004

 

В зависимости от технологии отвалообразования формируются отвалы следующих типов: конические (терриконы), хребтовые и плоские. Отвалы принимают породу от отдельной шахты, обогатительной фабрики или от группы угольных предприятий. Наибольший вред природному ландшафту наносится отсыпкой конических и хребтовых отвалов, высота которых в отдельных случаях достигает 110-120 м.

По температурному состоянию отвалы делятся на горящие и негорящие. Отвал считается горящим, если на нем имеется хотя бы один очаг" горения (независимо от его площади) с температурой пород на глубине до 2,5 м более 80°С. Газы, выбрасываемые в атмосферу горящими отвалами, существенно изменяют почвенный и растительный покров, животный мир, продуктивность лесных и сельскохозяйственных угодий на значительных прилегающих к отвалам территориях.

Опыт показывает, что через 7-12 лет после окончания эксплуатации горящие отвалы переходят в категорию негорящих. Однако фактическое состояние каждого отвала может быть определено и установлено только на основании соответствующих обследований, выполненных специализированными организациями.

Содержание тяжелых металлов в окружающей породные отвалы атмосфере отличается по разным угледобывающим регионам и зависит от концентрации этих веществ в углепородном массиве, а также физико-химических свойств породы, выдаваемой на поверхность. Технология ведения горных работ и работ по отвалообразованию вместе с природно-климатическими условиями оказывают решающее влияние на формирование каменистых почвенно-грунтовых смесей отвалов, которые по своим физико-химическим характеристикам могут заметно отличаться от состава извлекаемых вмещающих горных пород. На основании действующих нормативных документов критерием качества атмосферного воздуха, в том числе и в районе расположения породных отвалов, является предельно допустимая концентрация (ПДК) в нем загрязняющих веществ.

Вокруг организованных источников загрязнения, в том числе и породных отвалов, с учетом вредности выбросов загрязняющих веществ устанавливаются санитарно-защитные зоны (СЗЗ) радиусом от 1000 до 80 м (первый и пятый класс опасности выбросов загрязняющих веществ соответственно) [2, 3]. Для действующих породных отвалов, недействующих горящих высотой более 30 м, а также негорящих недействующих высотой более 50 м установлены СЗЗ размером 500 м, а для недействующих негорящих отвалов высотой менее 50 м данная величина составляет 300 м.

Кроме зоны санитарной защиты для каждого породного отвала устанавливается механическая защитная зона, ширина которой для любой точки контура отвала, кроме точек хвостовой части, при разности высотных отметок от 10 до 28 м постоянна и равна 20 м [1]. При разности высотных отметок более 28 м она определяется по формуле:

В = 2,5Н-50

где В - ширина механической защитной зоны в плане, м;
Н - разность высотных отметок верхней и нижней точек откоса, м.

Для негорящих недействующих породных отвалов с углом откоса не более 36°, при условии, что после остановки или тушения их прошло не менее 3 лет, размер механической защитной зоны определяется следующим образом:

В= Н(0,3 + 0,5ctgα1 - 0,5 ctgα),

где α1 - угол откоса отвала после длительного выветривания, град;
α - фактический угол откоса отвала, град.

Сток воды с отвалов приводит к миграции химических продуктов, поэтому остающийся состав микроэлементов в поверхностном слое отвала, в основном, однообразен и включает, главным образом, одни и те же элементы: марганец, медь, цинк, свинец, никель, кобальт. Их количественное содержание может существенно отличаться в различных горнопромышленных районах. Особо следует отметить высокое содержание соединений марганца и бериллия в поверхностных слоях отвалов Восточного Донбасса. Фильтруясь через почву, стекающий с породных отвалов слой проникает в грунтовые воды, изменяя их химический состав. При этом повышаются концентрации химических компонентов относительно фоновых величин, характерных для природного состава подземных вод.

Ветровая эрозия породных отвалов, кроме загрязнения атмосферы взвешенными частицами, приводит также к загрязнению почвы и водоемов в результате оседания этих частиц. Таким образом, основными факторами негативного влияния породных отвалов на окружающую природную среду являются:

•  нарушение природного ландшафта земной поверхности;
•  пылегазовое загрязнение атмосферы;
•  нарушение гидрогеологического режима прилегающих территорий; химическое и радиологическое загрязнение грунтов и вод.

Природоохранные мероприятия по уменьшению влияния породных отвалов на окружающую среду.

При решении вопроса улучшения состояния атмосферного воздуха в районах ликвидируемых угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий основное внимание уделяется прекращению работы промышленных и бытовых котельных, складских комплексов, вентиляторных установок главного проветривания, погрузочно-разгрузочных комплексов и породных отвалов.

Проектами ликвидации шахт предусматривается тушение (при необходимости) и переформирование ранее действующих породных отвалов (горнотехнический этап работ), их рекультивация и озеленение (биологический этап). Рекультивация выполняется в качестве мероприятия восстановительного характера и рассматривается как основное направление восстановления народнохозяйственной ценности нарушенных земель и улучшения условий окружающей природной среды.

Тушение горящих породных отвалов должно начинаться с орошения их водой для охлаждения пород поверхностного слоя на глубину 0,1 - 0,2 м до температуры, меньшей 80°С. При этом расход воды принимается из расчета не менее 50л/м2 горящей поверхности породного отвала. Отвал считается потушенным, когда температура пород на глубине до 2,5 м от поверхности будет не более 80°С.

Тушение горящих конических и хребтовых отвалов производится переформированием их в платообразные с использованием бульдозеров, экскаваторов или с помощью гидромониторов. Предусмотренная «Руководством по предупреждению самовозгорания, тушению, разборке и рекультивации породных отвалов угольных шахт и обогатительных фабрик» технология тушения путем проиливания поверхностного слоя антипирогенами или инъектирования заиловочной пульпой на практике не нашла своего применения. Основной причиной является отсутствие у подрядных организаций, в основном шахтостроительных предприятий, необходимого оборудования, специальных комплексов, специалистов. «Руководством...» предусмотрена также технология тушения отдельных небольших очагов горения на отвалах всех типов путем засыпки их глиной, суглинками, инертной пылью, отходами камнедробильного производства, песком, перегоревшей породой и другими негорючими материалами.

В последние годы были предложены другие технологии снижения вредного влияния отвалов. Так, исследуя процессы горения пород угольных месторождений, М.П.Зборщик и В.В.Осокин предложили создавать на поверхности отвалов защитный слой из кальцийсодержащих соединений. Для предотвращения самовозгорания и тушения горящих отвалов предлагается использовать гидрооксиды и карбонаты Na, К, Ca, наиболее полно и эффективно нейтрализующие вещества новообразования, выделение которых инициируется окислительным выщелачиванием в них пирита. При этом достигается не только прекращение экзотермических реакций, но и защита окружающей природной среды вследствие нейтрализации вредных веществ в твердом, растворенном и газообразном состояниях.

В соответствии с требованиями «Правил безопасности в угольной промышленности» все породные отвалы подлежат рекультивации. Направление рекультивации может быть сельскохозяйственным, рекреационным или санитарно-гигиеническим. В каждом конкретном случае оно определяется с учетом методических рекомендаций, разрабатываемых Донецким ботаническим садом НАН Украины.

Рекультивация сельскохозяйственного направления проводится в районах с плодородными почвами, благоприятными климатическими условиями, а также в густонаселенных районах, где ощущается недостаток сельскохозяйственных земель. Наиболее предпочительными для сельскохозяйственной рекультивации являются платообразные выположенные и платообразные террасированные отвалы. Толщина наносимого на отвал почвенно-растительного слоя должна составлять 20-30 см. Террасированные и выположенные отвалы рекомендуется использовать под сады, платообразные - под пашню и пастбища.

Рекреационное направление рекультивации предусматривает улучшение ландшафтной архитектуры городов, создание благоприятных оздоровительных условий (парков, скверов и т.д.).

Наиболее часто применяемым направлением рекультивации является санитарно-гигиеническое. Оно предусматривает озеленение всех видов породных отвалов различными способами с целью сокращения их вредного влияния на окружающую природную среду.

Каждое направление рекультивации включает последовательное выполнение вначале технического, а затем биологического этапа.

Технический этап рекультивации определяется условиями и выбранным направлением рекультивации, параметрами рекультивируемого объекта, составом необходимых специальных работ, а также оборудованием для их выполнения. Организация работ, должна обеспечивать их эффективность и качество при соблюдении безопасных условий труда.

Биологический этап рекультивации включает комплекс мероприятий по внесению органических и минеральных удобрений, посадку почвоулучшающих деревьев и кустарников.

Озеленение потушенных и рекультивированных породных отвалов является последним мероприятием по обеспечению снижения негативного влияния ликвидируемых шахт на атмосферный воздух.

Сравнительно небольшая площадь нарушения территории, сложный рельеф поверхности, неблагоприятная химическая и механическая характеристики породы, отсутствие плодородной почвы, как отмечалось ранее, обусловили повсеместное применение санитарно-гигиенического направления рекультивации. Анализ механического состава пород почвы отвалов свидетельствует о том, что они относятся к сильно каменистым группам.

Содержание мелкозема, основных фракций, определяющих возможность произрастания растений, составляет 4-5%. Крупные фракции породы значительно доминируют и составляют от 55 до 95%. Эта особенность субстрата, в отличие от зональных почв, создает специфические условия для произрастания растений, обуславливая водный и воздушный режимы среды обитания корневой системы растений.

Основным препятствием для создания растительного покрова является фитотоксичность слагаемых отвал пород. Фитотоксичность пород определяется показателем рН, составом и концентрацией водорастворимых веществ. По химическому составу породы варьируют, в основном, от кислой до слабощелочной, порой почти до нейтральной среды. Агрохимические показатели состава пород представлены в основном сульфатами натрия, бикарбонатами кальция, хлоридами натрия. Преобладание катионов кальция в большинстве случаев снижает токсичность солей на фоне высокой общей засоленности породы. На долю токсичных солей (сульфаты и хлориды натрия и магния) приходится от 0,5 до 4,0%). Таким образом, по классификации Донецкого ботанического сада НАН Украины, порода на большинстве отвалов находится на стадии окисления и стадии вымывания.

Многолетний опыт свидетельствует, что наиболее эффективной является технология озеленения (особенно вершин отвалов) многолетними травами. Наиболее устойчивыми являются злаковые: пырейщик новоанглийский, кострец безостовый, а также бобовые: домник белый, домник лекарственный, моцерия посевная. Лучшие результаты достигаются при посеве злаково-бобовых смесей с соотношением 2:1 по массе. Норма посева 35-40 кг на 1 га.

В случае отсутствия суглинка, который наносится в первый этап рекультивации отвалов, по рекомендации Донецкого ботаническо¬го сада НАН Украины его можно заменить нетоксичной породой, увеличивая мощность слоя до 0,6 м. Нетоксичной считается перегоревшая порода, взятая с негорящих участков отвалов. Эта порода должна быть мелкого фракционного состава с содержанием мелкозема (фракции размером до 1 мм) не менее 20%.

В связи с малой вероятностью укоренения трав на быстро иссушаемом поверхностном слое отвала более предпочтительно высаживать кустарниковые или древесные растения, корневая система которых углубляется при посадке в слои с лучшим водным режимом. Кроме того, при посадке деревьев или кустарников на склонах отвала улучшается их механическая стойкость к смещению (сползанию) поверхностного слоя. Посадку деревьев и кустарников рекомендуется производить рядами на микротеррасах, расположенных поперек склона. Для посадки используются стандартные однолетние сеянцы деревьев и кустарников.

Для предотвращения распространения на близлежащие территории возможных потоков загрязняющих веществ во время сильных осадков вокруг отвалов создаются защитные полосы. Эти полосы состоят из двух рядов бирючины и одного ряда деревьев, посаженных в районе приотвальной зоны.

Ассортимент древесных растений и кустарников, рекомендуемый для озеленения отвалов, предусматривает следующие деревья: белая акация, береза бородавчатая, вяз перисто-ветвистый, вяз мелколистый, вяз гладкий, вяз ясенелистый. Из кустарников рекомендуется бирючина обыкновенная, желтая акация, клен татарский.

Ученые Национального аграрного университета предложили технологию защитно-декоративного залесения породных отвалов, которая в настоящее время прорабатывается проектными организациями угольной отрасли. В отличие от озеленения, защитно-декоративное залесение отвалов предусматривает создание как декоративно-ландшафтного, так и мелиоративно-защитного покрова, который изолирует поверхность отвала, являющуюся источником загрязнения окружающей среды, создает собственный фитоклимат и поддерживает необходимые соотношения кислорода, углекислого газа и других компонентов атмосферного воздуха. При этой технологии, по мнению специалистов, не только сохраняется воз¬можность разработки отвалов и утилизации породы в будущем, но и значительно снижаются затраты.

Технология защитно-декоративного залесения предусматривает незначительное нарушение склонов отвалов, сохранение на них естественного плодородного слоя, отказ от образования посадочных ям, заполнение их привозным грунтом и посадки в них крупномерных саженцев. На породном отвале сооружаются узкие (около 30 см) горизонтальные террасы через 2-2,5 м по падению. На них с помощью короткого ручного инструмента образуются углубления, в которые высаживаются 1-2-летние сеянцы деревьев и кустов. Таким образом, на отвалах создаются смешанные по со ставу, сложные по форме насаждения древесно-кустового типа. По расчетам, применение указанной технологии с учетом ухода за насаждениями в течение 5 лет не превысит затрат в размере 10 тыс. грн. на 1 га. Возможны два направления предлагаемой технологии рекультивации, а именно - создание лесопарковых насаждений и защитно-декоративное залесение.

Закладка лесопарковых насаждений может осуществляться в отдельных случаях на отвалах, которые размещаются в жилых районах, не имеющих скверов и парков, по индивидуальным проектам, после проведения капитальных работ по террасированию склонов с надлежащим укреплением откосов и предотвращением опасности поверхностного стока с полотна террасы. На вершине правильно террасированного отвала разбивается ландшафтно-смотровая площадка и размещаются различные развлекательные учреждения. Примером этого может служить отвал бывшей шахты №11 «Солянка» на ул. Куйбышева в г. Донецке и сооружение лесопарка на отвале шахты №31 возле Донецкого завода игрушек.