УДК 528.854

ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СПОСОБОВ КОНТРОЛЯ ВРЕДНЫХ ВЫБРОСОВ ИЗ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ

Кириллова Л.А.

Анотація в роботі наведені основні види шкідливих речовин, що викидаються з породних відвалів, проаналізовані сучасні способи контролю стану породних відвалив, та поставлена мета подальших досліджень.

Проблема и ее связь с научными и практическими задачами. В связи с развитием техники и различных производственных систем, увеличивается возможность загрязнения окружающей среды. В Украине ведётся добыча каменного угля, и его потребление, а это оказывает ощутимое влияние на атмосферу, так как в некоторых случаях уголь содержит содержание серы. При сжигании угля, сера в виде сернистого газа выделяется в атмосферу. Однако сера попадает в атмосферу не только при сжигании угля, а и при горении породных отвалов.

Характерной чертой Донбасса, являются терриконы угольных шахт. За 200 лет добычи угля в регионе их накопилось более 1500. Их высота достигает 100 м, углы откосов 45град, занимаемая площадь – десятки гектаров. Необходимо учесть, что только в Донецке находится около 120 отвалов, которые занимают территорию около 1000 га. Горящий породный отвал имеет санитарно-защитную зону 500 м., не горящий – 300 м., разнос вредных веществ и продуктов горения по розе ветров до 3-х км. Исходя из этих данных, можно сделать вывод о том, что Донецк является сплошной санитарной зоной, в которой проживание становится опасным. Поэтому вопрос изучения влияния породных отвалов на окружающую среду и здоровье человека является актуальным.

Основная часть. Под вредными выбросами будем понимать твердые, жидкие и газообразные вещества, которые наносят необратимый вред окружающей среде или здоровью человека. Одним из факторов вредного воздействия отвалов угольных шахт Донбасса является их радиоактивность. По данным Зубовой Л. Г., Гречки В.А., Матюшенко Ю.В. [1] экспозиционная доза гамма- излучения породы отвалов ПО «Луганскуголь» колеблется в пределах 17–33 мкР/ч, плотность потока бетта-частиц в пределах 334–501 (с*м2), удельная активность А*108 от 7 до 10 Ки/кг. Исследованиями Воробьева С.Г. и Кудленко В.Г. [2] установлено, что альфа-активность пород и почв, прилегающих к терриконам, находится на одном уровне с фоном, а удельная гамма-активность превышает фоновое значение.

Превышение над гамма-фоном, по их мнению, обусловлено содержанием в исследуемых образцах Th232, других тяжелых элементов и продуктов их распада. Однако они указывают, ч то удельная гамма-активность не превышает предельно допустимого значения для стройматериалов, которое составляет 370 Бк/кг. По результатам измерения удельной гамма-активности, Уханева М.И. и Хоботова Е.Б. [3] также относят отвальную породу к 1 классу радиационной опасности и предлагают использовать ее в строительстве без ограничений. Однако они указывают, что сохраняется определенная опасность радоновыделений, т.к. существует прямая корреляция между удельной активностью радия и объемной концентрацией радона в воздухе помещений, повышение которой является причиной увеличения легочной дозы облучения человека.

Вторым из вредных проявлений терриконов является их горение. По данным В.И. Бакланова [4] в терриконах Донецка ежегодно сгорает более 30 тыс. т серы и 150 тыс. т угля. При этом основной причиной возникновения горения терриконов является их самовозгорания. Сущность самовозгорания углей или пород, содержащих уголь, по мнению Д.Н. Калюжного и др. [5] заключается в том, что уголь сорбирует на своей поверхности из воздуха молекулярный кислород, который образует с углеродом нестойкое пероксидное соединение. Последнее легко разлагается, выделяя при этом активный кислород, окисляющий уголь и превращающий последний в богатые кислородом стойкие соединения. Так как этот процесс - экзотермический, то он сопровождается повышением температуры, ускоряющим процесс окисления, что, в конечном счете, приводит к самовозгоранию.

М.П. Зборщик и В.В. Осокин [6, 7] в горении отвальной породы выделяют несколько стадий: самонагревание влажной горной породы вследствие биохимического и химического окислительного выщелачивания пирита, завершающееся образованием в ней химического реактора; прогревание химическим реактором поверхностного слоя горной породы и обогащение его элементарной серой; воспламенение паров серы на воздухе вблизи поверхности самонагревающейся горной породы при температуре 248...261 град. Цельсия ; возникновение устойчивого горения десорбирующегося метана, продуктов термической деструкции и газификации горной породы. Уханева М.И. и Хоботова Е.Б. [3] приблизительно определили температуру сгорания породы. Отсутствие метакаолинита Аl203*2SiO2 и силиманита Аl203*SiO2, свидетельствует о том, что температура сгорания составляла более 600 град. Цельсия. Отсутствие же углистых примесей, что температура сгорания достигала 900–1000 град. Цельсия.

Горение терриконов приводит к значительному изменению состава атмосферного воздуха и выпадению кислотных дождей, т.к. из одного горящего отвала за сутки в среднем выделяется в атмосферу 4–5 т оксидов углерода и от 600 до 1100 кг сернистого ангидрида, а также небольшие количества сероводорода, оксидов азота и других продуктов горения [8]. Из вышесказанного следует, что терриконы представляют собой комплекс вредных факторов, каждый из которых необходимо контролировать, для оценки степени его воздействия на окружающую среду и население.

Существующие способы контроля вредных выбросов из горящих породных отвалов.

До настоящего времени разработано множество способов измерения вредных выбросов, однако, каждый из них обладает рядом недостатков. Так например, в МакНИИ разработана инструкция [11], к недостатком которой можно отнести трудоемкость выполнения полевых работ по контролю теплового состояния породных отвалов.

В источнике [10] предложена методика мониторинга состояния терриконов Донбасса поданным мультиспектральных космических съемок которая заключается в зондировании земли из космоса. В основе методики лежит то, что активные угольные пожары проявляются на поверхности земли и отображаются на космических снимках посредством тепловых аномалий-участков повышенной приповерхностной температуры Выявление и мониторинг процессов тления и горения терриконов производится с использованием методов обработки, анализа и дешифрирования мультиспектральных космических снимков в рамках специализированных ГИС, таких как, ERDAS Imagine, ER Mapper, INVI и др.

Верификация и оценка качества результатов анализа данных спутниковых наблюдений требует совместного использования материалов спутниковых и наземных исследований, что обуславливает необходимость создания подхода к анализу и мониторингу приповерхностных тепловых аномалий на основе материалов дистанционного зондирования земли и наземных наблюдений, а это требует больших временных и трудовых затрат на проведение контроля вредных выбросов.

Известно [12], что повышенная температура тлеющих и горящих терриконов, а также присутствие побочных продуктов горения (таких как SO2, NO, CO, CH4, N2O, CO2 и др.) обуславливает ухудшение состояния растительного покрова или полное его отсутствие. Таким образом, для выявления процессов горения могут использоваться показатели состояния растительности - вегетационные индексы. Однако такой метод позволяет лишь качественно оценить картину, и не позволяет определить количественные показатели.

В НИИГД [9] разработана методика контроля теплового состояния породных отвалов, где для повышения точности определения формы и площади очагов тепловыделения на их поверхности используются тепловизоры, воспроизводящие инфракрасное изображение объекта на экране и термоизображения на гибком магнитном диске с дальнейшей его обработкой на ПЭВМ. К недостатком данной методики можно отнести то, что не учитывается количество породы, которая сдувается с боковой поверхности.

Выводы. На сегодняшний день терриконы представляют угрозу окружающей среде и населению близлежащих территорий. При этом терриконы имеют множество вредных факторов, таких как радиационное воздействие, выбросы от процессов горения и окисления, и также твердые выбросы, которые вызываются выветриванием и сдуванием вещества с поверхности террикона. Установлено, что способы контроля ориентированы в основном на контроль теплового состояния породного отвала, при этом не учитывается ряд других вредных факторов. В качестве направления дальнейших исследования следует обозначить разработку метода контроля вредных выбросов на основе дистанционного зондирования, который бы позволял отслеживать не только тепловые процессы, а и процессы выветривания, обеспечивая таким образом комплексный подход к обозначенной проблеме.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Зубова, Л.Г. Воздействие горнодобывающей промышленности на естественные ландшафты Донбасса [Текст] / Зубова Л.Г., Гречка В.А., Матюшенко Ю.В. // Экотехнологии и ресурсосбережение, 1999. – № 4. – С. 63–66.

2. Воробьев, С.Г. Кудленко В.Г. Определения удельной гамма-активности пород шахтных отвалов Донбасса [Текст] / Воробьев С.Г., Кудленко В.Г. // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету імені Михайла Остроградського, 2008. – № 6/2008(53), ч.1. – С.120–123.

3. Уханьова, М.І. Дослідження радіаційно-хімічних властивостей відвальних горілих порід [Текст] / Уханьова М.І., Хоботова Е.Б. // Матер.конф. "Сучасні проблеми екології та геотехнологій".–Житомир, 2009. – С. 38–39. 4. Бакланов, В.И. Растительные условия терриконов Донбасса [Текст] : В кн. "Интродукция растений и зеленое строительство в Донбассе". – К.: Наукова думка, 1970. – С. 15–25.

5. Калюжный, Д.Н. Загрязнение атмосферного воздуха сернистым газом от шахтных терриконов [Текст] / Калюжный Д.Н., Давыдов С.А., Дукарская Л.Г., Аксельрод М.Б. // Гигиена и санитария. – М.: Медгиз, 1950. – № 5. – С. 19–24.

6. Зборщик, М.П. Природа опасных и экологически вредных проявлений в пиритсодержащих породах [Текст] / Зборщик М.П., Осокин В.В. // Уголь Украины. – 1998. – № 5. – С. 26–27.

7. Зборщик, М.П. Предотвращение экологически вредных проявлений в породах угольных месторождений[Текст] / Зборщик М.П., Осокин В.В. // Донецк.:ДонГТУ, 1996. – 178 с.

8. Саранчук, В.М. Борьба с горением породных отвалов. – К.: Наукова думка, 1978. – 268 с.

9. Пашковский, П.С. Контроль теплового состояния породных отвалов [Текст] / Пашковский П.С., Попов Э.А., Яремчук М.А. // Уголь Украины. – 2000.–№ 7. – С. 27–29.

10. Бусыгин, Б.С. Мониторинг состояния терриконов донбасса по данным мультиспектральных космических съемок [Текст] / Бусыгин Б.С./Вестник НГУ 2011, № 2 стр 39–44.

11 Інструкція із запобігання самозапалюванню,гасіння та розбирання породних відвалів НПАОП 10.0–5.21–04.