3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРИ ЗАКРЫТИИ ШАХТ ДОНБАССА

Автор: Тарасенко А.С.

Источник: сборник "География, геоэкология, геология: опыт  научных исследований", Днепропетровск, 2010 г.

       В настоящее время, в связи с интенсивным развитием промышленности, экологическая обстановка территории Украины является крайне неблагоприятной. В сред­нем нагрузка на геотехническую среду техногенного загрязнения почти на порядок вы­ше, чем в других странах Восточ­ной Европы.
       Проводимая в Украине реструктуризация горнодобывающей отрасли отличается тем, что не имеет аналогов ни в отечественной, ни в мировой практике, так как она ха­рактеризуется одновременным массовым за­крытием шахт и проводится, в ос­новном, в Донбассе, который  относится к регионам с критическим состоянием окружающей при­родной среды. Современное состояние угольной про­мышленности Украины очень сложное: шахтный фонд изношен, про­изводительность труда шахтеров невысокая, конкурентоспособ­ность добываемого угля низкая. При этом следует отметить, что закрывающиеся убыточные шахты, как правило, соединены между собой, а также с соседними действую­щими шахтами горными выработками, что приводит к резкому усилению эколого-гидрогеологических проблем региона.
       Поэтому одной из наиболее сложных задач в общем комплексе технических решений ликвидации уголь­ных шахт является обеспечение гидробезопасности соседних действующих предприятий и экологичес­кой безопасности, связанной с предотвращением подтопления земной поверхности и загрязнения подземных вод.
       Процесс формирования химического состава шахтных, поверхностных и подземных вод весьма сложный и довольно длительный, который заслуживает более детального изучения.     В про-цессе проникновения поверхностных и подземных вод в выработанное пространство и горные выработки через поры в породах, движения в водоотливных канавках и трубопроводах, насосах водоотливного хозяйства шахт они метаморфизуются, превращаясь в шахтные воды. При этом вода активно взаимодействует с веществом горных пород, рудничной атмосферой, другими частями, составляющими горную систему. Происходит растворение в воде различных минералов и вынос ею частиц различного происхождения. В результате обогащения посторонними примесями вода изменяет свой химический состав. В результате взаимодействия в горных выработках с разрушенными пустыми породами, полезным ископаемым на пути движения к водосборникам шахтные воды достигают высокой минерализации, в 2-3 раза превосходящей минерализацию исходной подземной воды. В них накапливаются соли тяжелых металлов, зачастую токсичные элементы, бактерии, много взвешенных веществ, они агрессивны и т.д.
       Выдаваемая на поверхность шахтная вода загрязнена не только мелкодисперсной углеродной смесью (взвешенными веществами, твердыми частицами), но и в значительной степени минеральными солями. Неочищенные шахтные воды, поступая в поверхностные водотоки и водоемы, вызывают в них нарушение солевого режима, обуславливающее нежелательные экологические сдвиги в гидросфере, ухудшают среду обитания животных и растений.
       Так как сброс шахтных вод, содержащих химические элементы в концентрациях, превышающих предельно допустимые, представляет потенциальную опасность для окружающей среды, то в первую очередь, необходимым является изучение распределения в водах химических элементов всех классов опасности.   
       Нами исследованы качественные показатели поверхностных, подземных и шахтных вод на горном отводе работающей шахты им. М. Горького. Установлено, что химический состав шахтных вод определяется активностью выщелачивания и окисления минералов горных пород. Воды жесткие, щелочные, неагрессивные к бетонам, среднеагрессивны к металлическим конструкциям. Из вредных органических веществ обнаружен дифенилолпропан – от 3 до 43 ПДК и формальдегид в единичных пробах до 3 ПДК.
Подземные воды первого от поверхности водоносного горизонта, исследованные в родниках, колодцах, скважинах жесткие, щелочные, в основном неагрессивны к бетонам, среднеагрессивны к металлическим конструкциям. Из вредных органических веществ в концентрациях, превышающих ПДК, содержатся – дифенилолпропан – от 5 до 29 ПДК и формальдегид – от 2 до 5 ПДК. Содержание микроэлементов в подземных водах не превышает предельно допустимых концентраций, лишь марганец в единичной пробе выше ПДК в 2 раза.
Поверхностные воды балок, ручьев и прудов так же щелочные, жесткие, в основном неагрессивны к бетонам, среднеагрессивны к металлическим конструкциям.    Из вредных органических веществ в количествах, превышающих ПДК,  содержатся дифенилолпропан – от 11 до 26 ПДК; формальдегид – от 2 до 7 ПДК. Повышенное содержание нитратов (2 ПДК) и нитритов (4 ПДК) прослеживается в единичных пробах.
В поверхностных водах определялось содержание микроэлементов Cu, Zn, Cr, Mn, Cd, Pb, Co, Ni. Из этих элементов лишь содержание марганца превысило допустимые концентрации (4 ПДК).  Данный факт свидетельствует о техногенном загрязнении подземных и шахтных вод в региональном плане соединениями марганца.
       Однако приведенные оценки носят предва­рительный характер. Более детальное решение дан­ной задачи может быть выполнено на основе карто­графических и математических моделей на локальном и объектовом уровнях.
        При закрытии шахт остаются почти все проблемы относительно охраны водных объектов от загрязнения, и возникает ряд других, связанных с негативным влиянием на водные ресурсы. В связи с тем, что заполнение шахт происходит высокоминерализованными и загрязненными шахтными водами, процесс загрязнения и засоления подземных водоносных горизонтов является практически необратимым.
 Таким образом, при выборе схем вывода уголь­ных шахт из эксплуатации необходимо учитывать наименьшее нега­тивное техногенное воздействие на окружающую среду. В настоящее время  рассматри­ваются два альтернативных варианта консер­вации закрываемых шахт: «мокрый» и «су­хой».
При переводе шахты на «мокрую» консервацию прекращается откачи­вание поступающей воды, и происходит по­степенное затопление подземных выработок, стволы засыпают.     При этом  возможно подтоп-ление земной поверхности в пределах влияния закрывающихся шахт. Оно ожидается в поймах рек на участках активизации вторич­ных процессов сдвижения пород из-за подъема уровней вод, на пологих склонах, на участках разгрузки подземных вод и т.д. При этом изменяются условия формирования шахтных вод, ухудшающие эколого-гидрогеологическую обстановку региона. Так при затоплении шахт, после  прекращения  работы  водоотлива, происходит уменьшение скорости водообмена в горных выработках и значительно увеличивается площадь контакта шахтных вод с породным массивом, что приводит к  некоторому  изменению химического состав шахтных вод. По мере затопления водой природно-тех­ногенного резерва, образовавшегося в период эксплуатации шахты, начинают формироваться воды аномального химического состава с повышенной минерализацией, в 2-3 раза превышающей исходную – шахтную.                                                                                                                                                                                                                                                                                       
       При снятии с эксплуатации угольной шах­ты по методу «сухой» консервации вода отка­чивается на поверхность и сбрасывается в вод­ные объекты. Имеет место неполное закрытие шахты, водоотлив работает, сохраняются ство­лы для откачивания воды и проветривания, а также подземные околоствольные выработки. Такой способ также имеет отрицатель­ные стороны: сброс вод усиливает техноген­ную нагрузку на речную сеть, на шахтном по­ле продолжаются процессы дренирования и истощения водоносных горизонтов, а также подработка речной сети, интенсивная ин­фильтрация атмосферных осадков и др. При этом варианте ликвидации химический состав сбрасываемых вод в гидрографическую сеть существенно не изменится.
       Вопросы, затронутые в статье, еще слабо изуче­ны, потому выбрать окончательный наиболее рациональный способ ликвидации шахты за­труднительно. Для обеспечения минимально отрицательного воздействия ликвидируемых шахт на окружающую среду процессы эти должны быть изучены, для чего следует орга­низовать и выполнить целевые режимные эко­логические наблюдения.
       Основными конкрет­ными задачами выполнения этих работ явля­ются детальные исследования влияния закры­тия (ликвидации) угольных шахт на подзем­ные водоносные горизонты, речные воды, на подземный и поверхностный стоки; на органи­зацию местного и централизованного водо­снабжения за счет как подземных, так и по­верхностных вод; на устойчивость зданий и сооружений в пределах шахтных полей и зон их влияния.