4. Один из разделов НИРС на тему: «Эколого-гидроэкологические проблемы и возможные последствия ликвидации ГП «Шахта имени Максима Горького»

Автор: Тарасенко А. С.

Источник: были использованы материалы: статья Гонтаревского В.П., Кулешова В.М. «Обеспечение эколого- и гидробезопасности при ликвидации шахт»,Уголь Украины  - 1999 -№11; Промежуточное гидрогеологическое заключение о последствиях ликвидации ГП «Шахта имени Максима Горького» (исходные данные для разработки проекта ликвидации шахты),  Донецк  - 2006.

• Основные виды воздействия на окружающую среду.

Согласно исследованиям, установлены основные виды воздействия на геоэкологическую среду:

• подтопление или затопление участков земной поверхности;
• увлажнение   массива   горных   пород,   вызывающее   снижение   физико-механических характеристик горных пород;
• активизация процессов сдвижения горных пород;
• нарушение системы осушения действующих шахт за счет дополнительного
• поступления воды из соседних горных массивов ликвидированных шахт;
• увеличение метаноносности за счет выдавливания газа в процессе подпора
• грунтовых вод до отметок дневной поверхности;
• увеличение    агрессивности     грунтовых    вод    за    счет     подпитки
• высокоминерализованными шахтными водами;
• загрязнение поверхностных и подземных вод, в том числе и источников
• питьевого водоснабжения техническими отходами шахтных вод.

• Обеспечение гидробезопасности соседних шахт

Одной из наиболее сложных задач в общем комплексе технических решений ликвидации уголь­ных шахт является обеспечение гидробезопасности соседних действующих предприятий. Многолетняя разработка недр Дон­басса привела к образованию множественных гидравлических связей между шахтными полями. Образование прямых связей, т. е. сбоек с выработ­ками соседних шахт, обусловлено, прежде всего, не­обходимостью дренирования затопленного вырабо­танного пространства старых шахт, отрабатывающих угольные пласты на выходах, в целях создания без­опасных условий ведения горных работ на нижеле­жащих горизонтах. Нередко для улучшения провет­ривания отдаленных участков проводились венти­ляционные выработки на соседние шахты.
Другой группой прямых гид­росвязей являются незатампонированные и некаче­ственно затампонированные скважины различного назначения.
Так, например, ГП «Шахта им. М. Горького» объединяет шахты им. М. Горького, «Центрально-Заводская» и №11, а также ранее закрытые шахты №31, №1-2 «Смолянка» и др.
Шахты им. М. Горького и «Центрально-Заводская» сбиты между собой выработками по пластам h10, h8 и h3 на отметках минус 290,5м, минус 316,2м и минус  429м соответственно.
Очистные выработки шахты №31 сопряжены с выработками шахты «Центрально-Заводская» на отметке минус 171,0м.
Горные выработки лежачего крыла пласта h7 (шахта им. М. Горького) на абсолютной отметке минус 574м сбиты с горными выработками висячего крыла этого же пласта (шахта №11) на отметке минус 557,0м (сбойка 32).
Шахты №11 и №17-17бис имеют гидравлические связи по пласту h7 на следующих отметках: минус 406,5м, минус 449,7м, минус 479,7м (очистные работы шахты №11 1916-1917г.г.) и 7 скважин, пробуренных на отметке минус 585,9м(см. табл.2 и рис.1).
Как указывалось выше, шахты сбиты между собой многочисленными сбойками через совместные горные выработки, а потому представляют собой единый гидравлический бассейн и возникает серьезная угроза гидробезопасности шахты №17-17 бис и шахте им. А.А. Скочинского.
Гидравлические связи серьез­но влияют на вопрос ликвидации водоотливов зак­рываемых шахт и представляют сложную техни­ческую задачу по обеспечению гидрогеологической безопасности эксплуатации действующих предпри­ятий и по принятию ответственного инженерного решения.

• Влияние на здания и сооружения.

Одной из важних проблем, связанных с реструктуризацией предприятий угольной промышленности, является устранение негативного влияния последствий затоплення выработок на здания и сооружения, расположенные в пределах горных отводов ликвидируемых шахт. К основним видам этого влияния относятся: подтопление обьектов; воздействие деформации земной поверхности от активизации процесса сдвижения.
Опасность подтопления заключается в том, что снижаются прочностные и деформационные характе­ристики грунтов оснований, фундаменты получают дополнительные осадки, наклоны и горизонтальные смещения, которые приводят к деформациям и повреждениям наземных конструкций. От увлажнения снижается прочность фундаментов и стен, появляется сырость. Кроме того, вода поступает в подземные помещения (подвалы и погреба), которые становятся непригодными к эксплуатации.
Следует учитывать, что при затоплении выра­боток происходит изменение физико-механических свойств пород и массивов в целом, в результате чего нарушается равновесное их состояние: размокаемые породы обрушаются и постепенно уплотня­ются за счет закрытия пор и трещин. Учитывая, что фактические оседания земной поверхности достигают 80—90% мощности отработанного пласта, масштаб активизации геомеханических процессов может быть приравнен к выемке 10—20% мощности пласта. Повторное уплотнение массива на больших глубинах проявляется сильнее, чем на малых.
При затоплении шахт активизация деформаций земной поверхности, в первую очередь, будет проявляться в зонах, где отмечалась концентрация деформаций при подработке: в местах выхода под наносы тектонических нарушений, складок, над целиками небольших размеров, оконтуренных минимум с двух сторон, оставленных в несколь­ких пластах, при условии, что их проекции на поверх­ность пересекаются или располагаются достаточно близко одна от другой: в местах проявившихся усту­пов на территориях с крутым залеганием угольных пла­стов; над выработками, имевшими выход на земную поверхность или расположенными на малых глубинах. При отсутствии осложняющих горно-геологических факторов активизация процесса сдвижения не приве­дет к значительным деформациям земной поверхности.
Горными работами ГП «Шахта имени Максима Горького» подработана большая территория г. Донецка, в зоне влияния шахтных вод будут находиться как промышленные, гражданские объекты на поверхности земли, так и линии будущего метрополитена. На территории горного отвода расположены как крупные разрывные нарушения (Французский и Мушкетовский надвиги), так и мелкие. Под рядом зданий (больница Калинина, стадион «Шахтер» и т.д.) по всем пластам оставлены охранные целики. Все это необходимо учесть при выборе ликвидации шахты для уменьшения техногенного воздей­ствия на окружающую среду.

• Пути миграции газа

Вторичные сдвижения и проседа­ния пород в зонах влияния шахт с частичным или полным затоплени­ем могут оказывать двоякое влияние на пространствен­ную деформацию газового потока:

• снижение проницаемости пород­ного массива и частичное перерасп­ределение газового потока в направ­лении действующих шахт или сохра­нившихся подземных выработок;
• дополнительное раскрытие текто­нических зон и формирование новых путей миграции взрывоопасных га­зов, в том числе в направлении промышленно-городских скоплений.

Таким образом, процесс реструк­туризации шахтного фонда угледо­бывающих районов на основе закры­тия шахт с их частичным или полным затоплением приведет к значитель­ному дробле­нию регионального газового пото­ка. Следствием может быть кратко­временный рост газообильности шахт и повы­шение риска взрывоопасти.
Из сравнения влияния закрытия шахт на миграцию подземных вод и газов можно сделать вывод о повы­шенной чувствительности низковяз­ких (примерно в 1000 раз меньше воды) газовых потоков к изменению водонасыщения породного массива. Данное обстоятельство обусловлива­ет ускоренную миграцию газов в на­правлении выработок действующих шахт, раскрытых и сдренированных тектонических зон.
При затоплении выработанного пространства усиливается также выделение метана на земную поверхность, выдавливаемого водой из пор и трещин. У устьев выработок, имеющих выход на земную поверхность, а также у выходов газопроницаемых пород образуются зоны, угрожаемые и опасные по выделению метана.
Учитывая тектонические нарушения на горном отводе ГП «Шахта имени Максима Горького», выхода пластов на поверхность, старые ликвидированные стволы (96 закрытых шахт на данном отводе) и связь горными выработками с соседними шахтами необходимо при выборе способа ликвидации шахты изучить и учесть  данный вопрос

• Изменение химсостава вод.

Дополнительно ухудшаться эколого-гидрогеологические условия будут с увеличением числа закрывае­мых шахт, в первую очередь при "мокрой" консерва­ции, с накоплением значительных объемов минерали­зованных вод, а также с загрязнением подземных в результате подтоплении геохимически загрязненных ландшафтов, промплощадок, мест складирования от­ходов и др. Включение этих вод в гидрогеофильтра­ционные потоки подземных водозаборов и зоны дре­нирования рек, возможно, ускорит загрязне­ние поверхностной и подземной гидросфер.
Последующее поступление части шахтных вод, после закрытия предприятии, в гидрографическую сеть приведет к росту ми­нерализации подземных вод отбираемых водозабора­ми, расположенными в долинах рек, где отмечается активная взаимосвязь поверхностных и подземных вод.
При затоплении шахт химический состав шахтных вод претерпевает некоторые  изменения,  т. к.  после  прекращения  работы  водоотлива происходит уменьшение скорости водообмена в горных выработках и значительно увеличивается площадь контакта шахтных вод с породным массивом.
Процесс формирования химического состава шахтных вод весьма сложный и довольно длительный. 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  вариантах ликвидации, предусматривающих водоотливной режим шахт, химический состав сбрасываемых вод в гидрографическую сеть существенно не изменится.
В период работы ГП «Шахта имени Максима Горького» шахтные воды  по данным химанализа характеризуются в основном гидрокарбонатно-сульфатным составом с минерализацией 2,4-2,9 г/дм3. Содержание взвешенных веществ колеблется от 3 до 11 мг/дм3. Суммарная концентрация Fe+2 и Fe+3 составляет 0,05-0,7 мг/дм3.
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.