| |
Досліджено проблему відновлення териконових ландшафтів Донбасу на основі встановлення закономірностей фізико-геологічних та геохімічних процесів, що відбуваються у відвальних породах. Доведено, що відсипка шахтних відвалів призводить до трансформації природних кальцієвих ландшафтів у териконові сірчанокислі та до появи на значній площі фізико-хімічних та біогеохімічних бар'єрів з накопиченням у грунтах та рослинах аномальних концентрацій важких металів. Запропоновано новий спосіб припинення шкідливого впливу відвалів за рахунок використання їх породи, сульфіди та силікати якої мають підвищену концентрацію галію та германію, у якості сировини для металургії. Запропоновано поетапну утилізацію терикоників за їх геохімічною активністю. Зазначено, що процес переробки базується на використанні прискореного біохімічного окиснення піриту відвальної породи. Удосконалено технологію рекультивації поверхні терикоників шляхом використання механічного мікротерасування за допомогою розробленого пристрою та екранування поверхні пласких відвалів сумішшю річкового мулу та породи.
За допомогою аналізу грунтово-поглинаючого комплексу (ГПК) перед та через 10-15 років після проведенням рекультивації встановлено, що на момент початку проведення робіт обидва відвали (табл. 4) відносились до кислого геохімічного класу, але мінеральна частина породи конічного відвалу шахти “Чорноморка” за сумою та вмістом катіонів була близька до ґрунтів лісостепу (темно-сірі лісові), мінеральна частина плаского відвалу шахти ім. М.Л. Рухимовича за вмістом кальцію була близька до ґрунтів лісової зони, але за сумою катіонів її можна було розташувати між ґрунтами лісової та лісостепової зон. Аналіз складу поглинених катіонів, проведений у 2002 році показав, що в ГПК териконика шахти “Чорноморка” відбулось різке зниження обмінних катіонів у порівнянні з дорекультиваційним періодом, тоді як на пласкому відвалі шахти ім. М.Л. Рухимовича відбувся зворотний процес.
На основі цих досліджень установлено, що в результаті рекультивації на поверхні терикоників утворюються грунти, які за своїми властивостями відрізняються від природних зональних і, що ці грунти не можуть виступати критерієм відновлення териконових ландшафтів.
У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, поставлена та вирішена актуальна науково-прикладна проблема, яка полягає у підвищенні рівня екологічної безпеки шляхом відновлення техногенних ландшафтів, що сформувалися при видобутку вугілля в Донбасі, до рівня природних на основі встановлених закономірностей фізико-геологічних та геохімічних процесів у терикониках, розробці методології, технічних засобів і технологічних рішень з утилізації відвальної породи та рекультивації поверхні відвалів.
Основні наукові і практичні результати, отримані при вирішенні поставлених задач дослідження, висновки і рекомендації роботи полягають у наступному:
v 1. Проведення інтенсивних робіт з видобутку вугілля шахтним способом у Донбасі привело до формування на значній території (11 тисяч гектарів) териконових ландшафтів і до негативної зміни всіх природних компонентів: забруднення атмосферного повітря газоподібними речовинами - продуктами горіння, деградації прилеглих до відвалів ґрунтів, зниження біологічної продуктивності і порушення енергетичного балансу ландшафтів. Це обумовлює актуальність науково-практичної проблеми відновлення техногенних ландшафтів до рівня природних.
2. Найбільш характерними з порушень, обумовлених появою в регіоні відвалів вугільних шахт, є геохімічні. Окисні процеси на поверхні відвалів, що приводять до утворення в породі сірчаної кислоти і до сильного підкис-лення середовища, переводять у типоморфні елементи іон водню і сульфат-іон, у той час як у компонентах природних ландшафтів Донбасу типоморфним елементом є кальцій. Зміна в міграції атомів призвела до геохімічної трансформації природних кальцієвих ландшафтів в териконові сірчанокислі.
3. Техногенна небезпека при геохімічній трансформації ландшафтів Донбасу обумовлена механічними, фізико-хімічними і біогенними особливостями міграції хімічних елементів в териконових ландшафтах Донбасу на відміну від природних.
Механічні особливості обумовлені специфічною геоморфологічною будовою конічних шахтних відвалів - їх висотою (до 100 м й вище) та крутими (до 45?) схилами, яка сприяє катастрофічній водній ерозії. У резуль-таті останньої змив породи на обстежених відвалах варіює від 720 до 4830 т.
Фізико-хімічна міграція характеризується інтенсивним виносом сірчанокислими водними потоками водорозчинених простих катіонів (Sr, Li, Zn, Cu, Pb, Cd, Ва, Hg, Ag, Y, La, Са) і комплексних аніонів (Р, V, Mn, Cr), і утворенням лужних геохімічних бар'єрів при зустрічі з природними ґрунтами, представленими чорноземами звичайними з нейтральною чи слабколужною реакцією середовища, в межах яких відбувається забруднення ґрунтів важкими металами. Забруднення міддю і хромом (рухлива форма) досягають 25-30 мг/кг, а нікелем 18 мг/кг. Така екологічна ситуація охарактеризована, відповідно, як кризова і катастрофічна.
Установлено, що в результаті біогенної міграції відбувається нагромадження в рослинах хімічних елементів в аномальних концентраціях, тобто утворюються біогеохімічні бар'єри. За фактичним вмістом міді, нікелю, хрому в овочах (15, 3 і 5 мг/кг), вирощуваних на територіях, що прилягають до терикоників і обстежених нами, екологічна ситуація визнана катастрофічною, а за концентрацією цинку (15 мг/кг) – кризовою.
4. Териконики, із врахуванням ендогенних (метаморфізм, літологічний склад, механічна міцність) і екзогенних (щільність, вміст сірки, загоряння відвальних порід) факторів утворення порід доцільно класифікувати на:
- слабко-, середньо- і сильнометаморфізовані;
- з підвищеним вмістом аргілітів і вапняків та відвали з підвищеним вмістом алевролітів і піщаників;
- слабко-, середньо- і високоміцні;
- щільні і пористі;
- з малим, середнім і підвищеним вмістом загальної сірки;
- на відвали з уповільненою стадією окислювання і загоряння і швидкою стадією.
З використанням розробленої класифікації роботи з припинення шкідливого впливу і відновлення териконових ландшафтів необхідно проводити після повного аналізу ендогенних і екзогенних факторів утворення відвальної породи.
v 5. Утилізація шахтних порід, згідно з розробленою класифікацією, повинна проводитися поетапно відповідно до їх геохімічної активності. При цьому, першими треба переробляти териконики з тривалою стадією окислювання як постійні джерела забруднення навколишнього середовища токсичними елементами, що мігрують в результаті тривалих ерозійних процесів; одночасно з ними треба утилізувати свіжевідсипані відвали, на яких ще не почався процес окислювання піриту; старі перегорілі відвали утилізують в другу чергу, а відвали, що горять, треба переробляти після їх повного геохімічного переходу в стан “перегорілі”.
6. На основі встановлених закономірностей та параметрів фізико-геологічних і геохімічних процесів, враховуючи, що у відвалах в підвищених концентраціях є Ga, Ge, Bi (0,002; 0,002; 0,007%, відповідно), відвальну породу доцільно використовувати як сировину для металургії.
Враховуючи, що частина вищеназваних елементів знаходиться у відвальній породі у виді сульфідів, підвищувати їх концентрацію для промислового одержання необхідно методом флотації.
Через те, що, внаслідок процесів глибинного метаморфізму, частина галію і германію ізоморфно увійшла в кристалічні решітки силікатів, витягати ці елементи в промислових умовах необхідно шляхом прискореного хімічного і бактеріального окислювання піриту відвальної породи з випалом при температурі 450–500°С для германію і 600-800°С для галію, з наступним розчиненням одержуваних сульфатів.
Одержання галію, германію і алюмінію з відвальної породи за допомогою флотаційного методу доцільно поєднувати з бактеріальним окисленням за кучним методом.
7. Природна сірчана кислота, що утворюється при прискореному біохімічному окислюванні піриту відвальних порід за кучним методом, може бути використана для руйнування алюмосилікатів при виробництві глинозему, що дозволяє понизити вартість кислотного способу одержання алюмінію у два рази.
8. Для забезпечення повної безвідходної переробки відвальної породи доцільно з відходів флотації та біохімічного вилуження, що утворюються при одержанні металів, виробляти вугледобрива, цеглу та інші будівельні матеріали.
9. Для зниження працевитрат при проведенні рекультивації терикоників доцільно виконувати мікротерасування їх схилів з використанням розробленого пристрою, який здатний крім терас формувати посадочні місця для саджанців деревинних культур.
10. Для підвищення ефективності рекультивації терикоників доцільно наносити на їх пласку верхівку замість шару родючого грунту суміш відвальної породи з річковим мулом у кількісному співвідношенні 1 : 2. Це знижує транспортні витрати на екранування пласкої верхівки на 25%.
11. За допомогою лісової рекультивації поверхні відвалів припиняється шкідливий вплив терикоників на прилеглу територію і одночасно консервуються корисні елементи для майбутнього використання. Поряд з цим, рекультивація забезпечує тимчасове (до проведення утилізації) відновлення біологічної продуктивності териконових ландшафтів.
Рівень продуктивності деревинних насаджень, створених на терикониках, відповідає природному для лісових ландшафтів регіону (3 м3/га та більше).
12. Виробнича перевірка результатів досліджень у ВО “Лисичанськвугілля” з еколого-економічним ефектом 5130 тис. грн. дозволяє пропонувати для широкого впровадження іншим виробничим об'єднанням та проектним організаціям Мінвуглепрому, будівельним та лісогосподарським організаціям з метою підвищення рівня екологічної безпеки териконових ландшафтів та відновлення їх біопродуктивності розроблений методологічний та технологічний комплекс, який включає моніторинг інтенсивності надходження в ландшафт з терикоників продуктів водної ерозії, розробку оптимальної послідовності та найдоцільнішого методу утилізації або рекультивації терикоників, технічні засоби підготовки поверхні під заліснення, технологічні схеми безвідходної утилізації. |