ФОРМИРОВАНИЕ ОРЕОЛОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
ВБЛИЗИ ГОРЯЩИХ ПОРДНЫХ ОТВАЛОВ

А.А. Силин, С.Г, Выборов
Донецкий национальный технический университет
Збірка доповідей ХХ Всеукраїнська наукова конференція аспірантів і студентів. Том 2. – Донецьк, 2010. – с. 72-73

        В процессе развития угледобывающей отрасли накоплены значительные объемы «пустой породы». Только на территории г. Донецка в настоящее время насчитывается 138 породных отвалов, из них 53 являются горящими. Породные отвалы, в особенности горящие - это источник поступления в атмосферу, гидросферу и почво-грунты токсичных соединений и пыли.
        Процесс самовозгорания отвалов связывают с деятельностью микроорганизмов, а именно тионовых бактерий. Горение пород приводит к выгоранию материала и формированию пустот выгорания в различных частях отвала. Над образовавшимися пустотами формируется система трещин, через которые происходит выделение горячих парогазовых выбросов, называемых отвальными фумаролами. Они состоят из паров воды, серной кислоты, углекислого и угарного газов, окислов азота, сернистого ангидрида, сероводорода, метана, меркаптанов и некоторых др. соединений.
        В ходе исследований 2008-2009 гг. было осуществлено опробование двух отвалов города Донецка - отвала 1-7 «Ветка» и №1 шахты Горького с целью изучения распределений основных породообразующих компонентов и основных токсичных микроэлементов. По результатам этих работ было установлено, что вокруг очагов горения формируется своеобразная минералого-геохимическая зональность, которая обусловлена преобразованием первичного состава пород. Такие зоны были обнаружены повсеместно на отвале 1-7 «Ветка» и в небольших выработках на отвале шахты Горького.
        В центральной части этих зон находится рыхлый материал черного цвета, который но составу соответствует породам, поступающим в отвал. Далее породы приобретают бурый, вишневый оттенок. Тут активно развивается желтая сульфатная минерализация, которая выполняет поры и трещины, образует корочки. Породы гут хрупкие и ломаются при незначительном усилии. Далее зона желтой сульфатной минерализации и серы сменяется зоной белой сульфатной минерализации. Здесь породы приобретаю! кирпично-красный цвет. Эта зона постепенно сменяется полностью окисленными породами, которые сохраняют кирпично-красный цвет и где сульфатная минерализация визуально не обнаруживается. Породы становятся более прочными с микрокристаллической структурой и пористой текстурой, местами под действием высоких температур спекаются в прочную брекчиевидную массу.
        Зоны желтой и белой сульфатной минерализации являются промежуточными между первичными породами отвалов и окисленными (горелыми) породами. Размеры этих зон колеблются в широких пределах. На отвале 1-7 «Ветка» эти зоны имеют размеры от первых десятков сантиметров до нескольких метров.
        В процессе горения меняется химический состав исходных пород, каждая из выделенных зон имеет свои петрохимические и геохимические особенности, именно развитие этих зон контролирует процессы миграции макро- и микроэлементов в окружающую природную среду.
        Изменение химического состава пород в различных зонах носит закономерный характер. Так в перегоревших породах отмечается рост кремнезема, глинозема, Fe2Оз, SO3. Отмечается значительное повышение концентрации сульфатов до 17463,7 мг/кг. В окончательно перегоревших породах концентрации серы резко падает, что связано с вымыванием новообразованных соединений серы атмосферными осадками.
        Наряду с петрогенными компонентами, в зонах ореола окисления увеличиваются концентрации токсичных микроэлементов: Pb, As, Hg, Cd. Часть компонентов, особенно Сорг выносятся из очагов горения, их концентрации падают в направлении от исходных пород к горелым.
        Агрессивные парогазовые флюиды разных температурных режимов полностью преобразуют породную массу, приводят в движение практически все макро- и микроэлементы, что представляет значительную экологическую опасность для окружающей среды. Многие токсичные элементы переходят в подвижное состояние, в результате чего значительно усиливаются миграционные процессы. В результате воздушных и водных миграционных процессов опасные компоненты попадают в почвогрунты, поверхностные и подземные воды, образуя вокруг терриконов закономерно-построенные ореолы загрязнения (замещения).
        Помимо опробования отвалов исследовались почвогрунты на территории прилегающей к отвалам. Для оценки степени заірязнения почвогрунтов был рассчитан суммарный показатель загрязнения. На изучаемой территории почвоірунтьі имеют слабую, среднюю и сильную степень суммарного загрязнения.
        Участки со слабой и средней степенью заірязнения имеют приблизительно равные площади и вместе занимают около 85% исследуемой территории. Основными элементами, определяющими степень суммарного заірязнения почвогрунтов, являются Cd, Pb, Hg.
        Изучаемая территория находится в пределах города и соответственно имеет высокую степень антропогенной нагрузки. Помимо двух отвалов тут расположена электроподстанция, АЗС, плотная сеть автомобильных дорог, непосредственно с запада к территории примыкают жилые кварталы. В юго-западной части расположена онкологическая больница. В соседней балке производится сброс мусора, в том числе тары из-под лекарственных препаратов, шириной и т. д.
        Для выявления связи загрязнения почв с терриконами была применена методика, основанная на построении вероятностно-статистической модели, в рамках которой можно судить о существовании или отсутствии таких связей с определенной долей вероятности. Корреляционным анализом были сопоставлены геохимические спектры отвальных пород и почво-грунтов исследуемой территории. Была построена карта ассоциативной латеральной зональности выделенных ореолов загрязнения почво-грунтов. На 80% площади участка была установлена связь загрязнения с отвалами с вероятностью 99,9%.
        На основе полученных данных можно сделать вывод, что хотя почво-грунты исследуемой территории испытывают разнообразную антропогенную нагрузку, степень и Характер загрязнения здесь определяют горящие породные отвалы. Основными индикаторными элементами загрязнения почв со стороны терриконов являются Cd, Hg и Pb, элементы первого класса опасности. Кроме того, по характеру ореолов загрязнения можно сделать вывод о том, что чем активней и дольше протекают процессы горения на отвале, тем интенсивней происходит загрязнение прилегающих территорий. Так отвал 1-7 «Ветка» давно является горящим в отличие от отвала шахты Горького и именно вблизи него расположены наиболее значительные аномалии токсичных элементов, в особенности Cd (тут концентрация Cd превышает ПДК до 3,75 раз).