В загрязнении окружающей среды определенная роль принадлежит продуктам добычи шахт (горной массе, углю) и отходам их переработки (золе). Твердые отходы (шахтные породы), как правило, складируются в терриконах и их влияние на загрязнение окружающей среды имеет локальное значение, обусловленное дальностью переноса пород во взвешенном или растворенном состоянии под влиянием ветра и атмосферных вод. Угли и отходы их переработки по разным причинам распространены на более значительной площади. Особенно это относится к энергетическим углям, большая часть которых вывозится за пределы Донбасса. Зола их используется для хозяйственных нужд, в том числе для получения строительных материалов, засыпки котлованов, что увеличивает площадь распространения. Одновременно с углем и золой происходит перемещение токсичных элементов.
Чтобы оценить токсичность продуктов добычи и отходов переработки, было изучено распространение токсичных элементов во вмещающих породах, антрацитах и золе антрацитов 74 шахтопластов 36 шахт и шахтоуправлений объединений Свердловантрацит, Ровенькиантрацит, Антрацит и Донбассантрацит. Пробы отбирались в выработках из непосредственной кровли и почвы, породного прослоя и антрацитов разных частей пласта, которые составили объединенные пробы "горная масса", "уголь", "зола" [1].
Количество объединенных проб (265) соответствует числу выработок, из которых они взяты. В робах спектральным полуколичественным анализом определялось содержание токсичных элементов. Обобщение результатов исследований позволило получить информацию о распространении каждого из токсичных элементов в горной массе, углях и их золе в выработках, в угольных пластах, свите пластов, шахтных полях и объединениях.
В горной массе. антрацитах и золе выявлено 18 токсичных элементов, для большинства из которых известны [2, 3] предельно допустимые концентрации (ПДК). В зависимости от степени токсичности все элементы можно подразделить: на сильнотоксичные - мышьяк, сурьма и ртуть ПДК 2 г/т), бериллии (10 г/т) и свинец (30 г/т), на среднетоксичные - фосфор (90 г/т), хром, кобальт, никель и медь (100 г/т), ванадий (150 г/т); слаботоксичные - фтор (500 г/т) и марганец (1500 г/т). Для молибдена, висмута, цинка, ниобия и лития предельно допустимые концентрации не определены. Для использования этих элементов при оценке токсичности нами приняты за ПДК их средние значения по горной массе, антрацитам и золе: молибден - 3.3; 4.2 и 59.6 г/т: висмут - 2,3; 13.2 и 2 г/т; цинк - 73,1: 42.2 и 332,4 г/т; ниобий - 11.1; 3.5 и 35.2 г./т; литий - 55; 63.1 и 375,6 г/т.
По распространенности можно выделить такие группы токсичных элементов: повсеместно распространенные - мышьяк, фосфор, молибден и цинк; распространенные в подавляющем числе выработок - свинец, хром, бериллий, висмут и литий: заметно распространенные - сурьма, ртуть, ниобий, ванадий и марганец; распространенные исключительно в золе углей - кобальт, никель и медь.
В ряду пород горная масса - уголь - зола концентрация большинства токсичных элементов возрастает до 10 раз (бериллий, свинец, фосфор, хром, ванадий, марганец, висмут и литий) и до 20 раз (мышьяк и молибден). Исключение составляет ртуть, которая в процессе озоления углей улетучивается. Сурьма в золе оценена только качественно. Содержание ниобия во всех пробах постоянно (20 г/т), поэтому он не принимался при оценке токсичности. Концентрация некоторых элементов (мышьяк, сурьма, свинец, ртуть, бериллий. молибден и литий) более высокая в горной массе, чем в углях, это объясняется сорбционной способностью органической массы топлива и поведением элементов в процессе метаморфизма. Наиболее распространен мышьяк, который обнаружен почти во всех выработках и шахтах. За ним следует фосфор, установленный в горной массе и золе всех шахт, а в угля - только в половине. Опасные концентрации свинца, хрома и бериллия в золе углей выявлены почти в каждой выработке и шахте, а в горной массе и углях - лишь в некоторых. Повышенные содержания висмута и лития отмечены примерно в третей части выработок и шахт, а бериллия - в основном только в золе глей. Сурьма, ртуть, ниобий, ванадий и марганец характеризуются пестрым распределением: первые три элемента объединяет отсутствие по разным причинам в золе углей. Ванадий, марганец, кобальт, никель и медь, как правило, в опасных концентрациях отмечены в золе углей и только два первых - на шахтах объединения Донбассантрацит в горной массе и углях.
Максимальные содержания мышьяка установлены в золе углей пласта h2 ш/у "Яновское" (7500 г/т) и шахты им. "Известий" (2916,7 г/т); фосфора в золе пласта l2 шахт "Краснокутская" (более 10000 г/т) и "Княгинская" (5333,3 г/т), цинка - пласта h10 и шахты "Партизанская" (1750 и 1183,3 г/т); молибдена - пласта h11 шахты им. Фрунзе (450 и 137,5 г/т); свинца - пласа l6н шахт "Дожанская-Капитальная" (500 г/т) и шахты "Хрустальская" (350 г/т):хрома - пласта k21 шахты "Харьковская" (по 1500 г/т); бериллия - пласта k6 и шахты "Красный партизан" (47.5 г/т и 36.3 г/т); висмута - пласта k51 и шахты "Красный партизан (80 и 44.4 г/т); лития - пласта h7 и шахты "Комсомольская" (3973.3 и 1582,9 г/т); ванадия - пласта k22 ш/у "Алмазное" (1333.3 г/т) и "Хрустальское" (533,9 г/т); марганца - пласта h111 ш/у "Ворошиловcкое" (9000 г/т) и шахты "Харьковская" (7000 г/т): кобальта - пласта i3 шахты "Киевская" (200 г/т) и ш/у "Ворошиловское" (118,6 г/т); никеля - пласта h7 ш/у "Яновское" (500 г/т) и "Ворошиловское" (328,9 г/т); меди - пласта h7 ш/у "Яновское" (500 г/т) и "Ворошиловское" (339.1 г/т); сурьмы - в углях пласта h7 и на шахте "Новопавловская" (30 и 13,3 г/т); ртути - пласта h7 и шахты "Крепенская" (4,7 и 3,5 г/т); ниобия - в горной массе пласта шахт им. Вахрушева (17.6 г/т) и им. Войкова (16,6 г/т)
Токсичность установлена по числу выявленных токсичных элементов, содержание которых превысило ПДК. Число элементов в горной массе изменяется от двух (шахты "Должанская-Капитальная", им. Космонавтов, ш/у "Ворошиловское") до девяти (ш/у "Яновское" и шахта "Миусинская"), в углях от одного (шахты "Красный партизан", им. Космонавтов, ш/у "Ворошиловское" др.) до девяти (шахты "Краснолучская" и "Миусинская"); в золе углей - от четырех (шахта им. Володарского) до тринадцати (шахты им. Фрунзе и "Миусинская")
В северо-западном направлении от шахт объединения Свердловантрацит к шахтам объединения Донбассантрацит: возрастают концентрация большинства токсичных элементов (мышьяк, сурьма, ртуть, свинец, фосфор, никель, ванадий и висмут), их число в горной массе, углях и золе, степень токсичности продуктов добычи и отходов переработки, угроза загрязнения окружающей среды. Особенно это относится к весьма распространенным сильно токсичному мышьяку и токсичному фосфору, на долю которых из общей суммы элементов приходится свыше 75%.
Токсичность углей, как и технологические свойства, элементный состав и другие параметры, является важным показателем качества. Использование топлива с повышенной токсичностью обусловливает необходимость проведения мероприятий по охране окружающей среды.
1. Справочник по содержанию малых элементов в товарной продукции угледобывающих и углеобогатительных предприятий Донецкого бассейна/ О. Р. Кулипенко, Т.В. Барна, Г. А Волкова. А. М. Ромакин. И. С. Руев, О. А. Кущ.- Днепропетровск. 1994.
2. Инструкция по изучению токсичных компонентов при разведке угольных и сланцевых месторождений(Институт литосферы АН СССР. ВНИГРИуголь. ВСЕГИНГЕО. МинГео СССР, 1982
3. Беспамятнов Г. П., Кротов Ю. Л. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л.: Химия. 1985.