ОСОБЕННОСТИ ГЕОМОРФОЛОГИИ И ХИМИЗМА ОТВАЛОВ УГОЛЬНЫХ ШАХТ ДОНБАССА
Авторы: Соколова М.Д., Сидоренко А.А., Ефимов В.Г. Отвалы угольных шахт являются основными объектами рекультивации земли. Экологическая опасность отвалов угольных шахт значительно выше, чем опасность других отвалов. В Донбассе более 1800 отвалов угольных шахт. Их особая опасность связана со следующими свойствами: а) они не только занимают огромные территории, но и расположены в густонаселенных районах; б) они горят, а значит, в атмосферу выделяется пыль и множество других продуктов горения. В породе накапливается серная кислота, соединения алюминия и железа; внутри отвалов возникают деформации, приводящие к обвалам, оползням, расколам с катастрофическими последствиями; в) долговечность. Отвалы угольных шахт могут быть источниками экологической угрозы в течении десятков лет: они горят бессистемно на поверхности и внутри ,иногда по 20-50 лет. Перегоревшие отвалы бесплодны и не формируют растительный покров. В зависимости от технологии отсыпки отвалы угольных шахт могут иметь коническую, хребтовидную, плоскую, многоярусную форму. Их высота 50-70м, но могут достигать 100 м и более. Откосы отвалов угольных шахт достигают крутизны 40 0. Самая компактная форма — коническая, но она и самая опасная: конический отвал горит долго, склонен к деформации и взрывам. В настоящее время формирование конических отвалов запрещено законодательством (либо их сразу формируют плоскими, либо немедленно переформировывают после отсыпки). Порода, отсыпаемая в отвалы угольных шахт, залегает на глубинах до 1000м. По химическому составу они различны, но типичный состав их такой: Si = 50 %; Al2O3 = 10 %; Fe2O3 = 2 %; MgO = 1%; FeS2 = 6%. Все остальное — это окислы тяжелых металлов(Cu, Pb, Ni, Wn) в различных соотношениях. В отсыпанном отвале иногда могут присутствовать частицы угля (до 10 %). Особенность породы отвалов угольных шахт — высокое содержание FeS2 (пирита).При контакте с воздухом и влагой FeS2 вступает в окислительно–восстановительную реакцию. 4FeS2 +12О2+6H2O=Fe(SO4)3 +2Fe(OH)3+3H2SO4+2S В результате этой реакции выделяется серная кислота H2SO4, в присутствии которой реакция останавливается. Но именно в кислой среде активизируются особые бактерии — хемотрофы, которые добывают энергию из химических связей неорганических веществ. В данном случае эти бактерии называются Thiobacillus ferrooxidans, они попадают в отвал вместе с подземными водами. В кислой среде они начинают окислять пирит и серу, образовавшуюся в предыдущей реакции: 2H2O +2S +3O2=2H2SO4 Количество H2SO4 в породе увеличивается, а PH уменьшается. И химическое, и биологическое окисление пирита — экзотермические реакции с выделением тепла, которое накапливается над поверхностью и образует водяной пар, насыщенный серой. Такой пар может воспламеняться при t=250 0С. Итак, порода горит, бактерии гибнут, но процесс уже нельзя остановить. При горении из трещинок и пор незагоревшейся породы выделяются горючие газы (CH4,H2S,H2). Отвальная масса горит то внутри, то на поверхности, то затухая, то возобновляясь. Отвал становится гигантским реактором, и никто не знает, что в нем происходит. Один средний отвал угольной шахты в состоянии горения выделяет за сутки CO2 = 50 т; CO = 10 т; SO2 = 1,5 т; H2S = 0,4 т; NxOy = 0,1 т; пыль = 0,05-0,1 т. В гидросферу и литосферу из отвалов угольных шахт поступает H2SO4, окислы тяжелых металлов, растворимые соединения Fe и Al .Все это убивает плодородные почвы, загрязняет водоемы атмосферу. Породы отвалов становятся не только биологически стерильными и насыщенными фитокомпонентами, но и имеют провальную проницаемость. С целью предотвращения самовозгорания породных отвалов необходимо применение следующих мероприятий:
Список литературы: 1. Астахов А.С. Экология, горное дело и окружающая среда. — М.: Мир. — 1999. — 260 с. © Сидоренко А. А., ДонНТУ, 2011 |