|
|
|
Биография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальный раздел
Донбасс - это крупный промышленный регион Украины, в котором насчитывается несколько тысяч крупных промышленных предприятий топливно-энергетического комплекса, горнодобывающей, металлургической, химической промышленности, тяжёлого машиностроения, агропромышленного комплекса. Острейшими проблемами региона являются: загрязнение атмосферного воздуха, водного бассейна и почв.
Для Донецко-Макеевского района, как и для большей части Донбасса, одним из основных загрязнителей природной среды является угольная промышленность. В связи с этим наиболее важным представляется изучение особенностей загрязнения окружающей среды угольной промышленностью. Оно связано с угледобычей, углеобогащением, углепераработкой, промышленным и бытовым сжиганием углей.
Для Донбасса характерны экологически "грязные" угли. Они геохимически специализированы на ртуть, мышьяк, серу, германий, молибден, бериллий. Отдельные марки углей содержат в повышенных концентрациях также литий, таллий, скандий и другие химические элементы. Значительные превышения средних значений содержания элементов в осадочных породах и углях зафиксированы для элементов I-III класса опасности: Sb, Pb, V, Cd, Zn, Mo, Li [1].
В зависимости от горно-геологических условий интенсивность и состав загрязнения изменяется на отдельных шахтах. Донецко-Макеевский район является густонаселенным. Экологическая ситуация, связанная с промышленным загрязнением, влияет на состояние здоровья населения. Поэтому определение факторов, влияющих на интенсивность загрязнения района, является актуальным. Исследование экологической ситуации на конкретном предприятии позволит количественно оценить наиболее весомые факторы распространения загрязнения угольных предприятий в окружающей среде.
Работа связана с научно-исследовательской работой кафедры ПИ и ЭГ Н8-07 "Исследования геологических особенностей и строения зон экологического риска Донецкой области и разработка методики их прогнозирования".
Цель работы: исследование количественного и качественного состава загрязнения шахт Донецко-Макеевского района.
Задачи:
- анализ картографического материала (карты, разрезы) для изучения особенностей геологического строения района;
- расчет статистических характеристик показателей загрязнения и связей показателей загрязнения с качественными характеристиками угля;
- определение главных факторов распределения вещества;
- разработка рекомендаций по уменьшению воздействия источников загрязнения.
Исследуемым объектом являются шахты Донецко-Макеевского района.
Предметом научного исследования является экология угольной промышленности.
Для решения поставленных задач будут использоваться следующие методы:
- системный анализ структуры изучаемого объекта для составления однородных выборок;
- методы статистической обработки;
- методы исследования пространственных закономерностей для выделения наиболее опасных зон загрязнения;
- методы логического анализа для создания обобщенной модели загрязнения угольной промышленности.
Научная новизна проводимых исследований состоит в выделение природной и техногенной составляющей загрязнения на шахтах Донецко-Макеевского района, а также установление факторов его пространственного распределения в окружающей среде.
Практическая ценность данной работы заключается в том, что полученные результаты могут быть использованы при решении вопросов экологии, связанных с отрицательным воздействием предприятий угольной промышленности на состояние окружающей среды. Полученные результаты можно использовать и в последующих исследованиях загрязнений шахтных полей с похожими геологическими условиями. Разработаны рекомендации по уменьшению воздействия источников загрязнения.
XX Всеукраїнська наукова конференція аспірантів та студентів "Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів". г.Донецк, ДонНТУ, 2010г. Тезисы "Экологические проблемы угольной промышленности" (на примере шахты "Лидиевка").
Подготовлена к публикации статья: "Закономерности распределения загрязнения угольной промышленности в почвогрунтах".
В монографии А.З. Юровского подробно рассмотрены экспериментальные материалы, связанные с содержанием и распределением наиболее важных (с практической точки зрения) микрокомпонентов в твердых горючих ископаемых. Автором установлено, что микрокомпоненты по закономерностям распределения в веществе твердого топлива разделяются на следующие группы:
Приуроченные главным образом к микрокомпонентам минеральной части (Zn, La, Sn, Cu, Hg, Zr, As, Cd, Pb, Mn, I, вероятно Ag);
Приуроченные в основном к органическому веществу (Ge, Be, W, B, вероятно Nb);
Равномерно распределены между минеральной частью и органическим веществом (V, Mo, Ga, Sb, P, Ti, Co, Ni, Cr, Se, Cu, Sc). Приуроченность микрокомпонентов этой группы в значительной степени зависит от месторождения. Степени метаморфизма и др. факторов. В целом P, Ga, Sb, Ti, V и Sc больше тяготеют к органической массе, а Co, Cr, Se, Cu и по-видимому Mo - к минеральной части.
В монографии Певзнера М.Е., Малышева А.А., Мелькова А.Д. проанализированы виды антропогенного воздействия на биосферу. Показаны особенности влияния горного производства на водный и воздушный бассейны, природные ландшафты и недра. Рассмотрены правовые основы природопользования. Обобщен передовой отечественный и зарубежный опыт экологически безопасного пользования недрами. В работе выполнен всесторонний анализ проблем воздействия горного дела на окружающую среду, основные процессы взаимодействия горного производства с различными элементами биосферы и пути снижения негативных проявлений этого взаимодействия.
Авторами установлено, что основными источниками и факторами загрязнения компонентов биосферы в горном производстве являются:
- выбросы в атмосферу пыли и газов горящими породными отвалами шахт и обогатительных фабрик, промышленные и бытовые котельные, сушильные установки и аспирационные системы обогатительных фабрик, вентиляторы главного проветривания шахт, автотранспорт, экскаваторы, бульдозеры;
- сброс сточных и дренажных вод с высокой минерализацией в поверхностные водоемы, водозабор для технических и бытовых нужд предприятий, что приводит к изменению гидрохимических и биологических режимов поверхностных и подземных вод;
- проведение горных выработок, сооружение отвалов, хвосто- и водохранилищ, что приводит к деформации земной поверхности и нарушению почвенного покрова;
- осаждение пыли и химических соединений вследствие выбросов в атмосферу, вынос микрокомпонентов из породных отвалов приводят к загрязнению почво-грунтов.
В.И. Николиным и Е.С. Матлаком рассмотрены проблемы состояния атмосферы, гидросферы, земной поверхности в условиях современного НТП. Освещены научные основы защиты окружающей среды от отрицательного воздействия горной промышленности при добыче угля подземным способом. Особое внимание уделено проблемам безотходной и малоотходной технологии.
Проблема сокращения объемов породных отвалов решается выбором оптимальной технологии добычи угля. Это может быть технология с закладкой выработанного пространства, либо технология раздельной выемки. Также породные отходы могут использоваться для целей как внутри отрасли (фильтрование шахтных вод через породы), так и в других отраслях (производство строительных материалов, обогащение для получения концентратов товарного угля). Немаловажным является использование отходов угольной промышленности для извлечения ценных и редких элементов.
Авторами Смирным М.Ф., Зубовой Л.Г., Зубовым О.Р. рассмотрены экологические и геохимические особенности горнопромышленных ландшафтов Донбасса, установлены закономерности физико-геологических и геохимических процессов, происходящих в отвальных породах. Авторами установлено, что породы терриконов содержат в себе многие элементы, превышающие кларк осадочных пород (Ge, Hg, Th, Cr, Cu, Ce, Pb - для аргиллитов, Bi, Hg, Cr, As, Th, Pb, Ge, Zn - алевролитов, Sb, Sn, Ba, Cu, Se - для песчаников. В горелых породах в 1,5 - 2 раза и более превышает содержание аналогичных элементов в неизмененных породах. В неизмененных и горелых породах обнаружены токсичные элементы, содержание которых во многих случаях превышает ПДК почв. Окисление сопровождается образованием серной кислоты и ее соединений, горением отвалов, миграцией воздушным путем вредных газов и пыли, водным - радионуклидов и тяжелых металлов. Известно, что на щелочных барьерах (степные почвы) вблизи породных отвалов осаждаются: Ca, Sr, Ba, Mn, Co, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Be, Ga, Y, Cr, As.
В работах Петровой Л.О. рассмотрено влияние угольной промышленности на подземные воды и почвы на территории Юго-Восточного Донбасса. Приведены качественные и количественные характеристики состава сточных вод, которые образуются в зоне влияния породных отвалов. Описан процесс превращения породы в отвалах по стадиям, охарактеризован минеральный и химический состав отвалов и их влияние на изменение ландшафтно-геохимической среды районов угледобычи. Также рассматривается поведение химических элементов, их соединений и ассоциаций в условиях различных типов ландшафтов степного Донбасса; влияние угольной промышленности, на изменение геохимического фона территории.
Автором установлено, что на участках угледобычи и углепереработки повсеместно повышенные или высокие концентрации имеют такие элементы как Hg, As, Pb, Co, Cu, Ba, Cd, F, Mn. Низкий pH вблизи породных отвалов способствует аккумуляции грунтами тяжелых и токсичных металлов и их соединений. Значительный вынос из терриконов разных химических соединений и солей тяжелых металлов приводит к изменению химического состава грунтов, грунтовых вод, растительности и атмосферы.
Пановым Б.С., Шевченко О.А., Дудиком А.М. и др. охарактеризованы современные экологические проблемы Донецкого бассейна, связанные с различными отраслями промышленности. Рассмотрены проблемы загрязнения воздушного бассейна, подземных вод, почв токсичными элементами и ПАУ. Установлены токсичные химические элементы, превышающие ПДК (As, Hg, Pb, Zn), в атмосфере, грунтах городских агломераций и подземных водах региона, а также наличие регионов пораженных опасными геологическими процессами. Рассмотрена природная (геологическая) и искусственная (техногенная) составляющие возникновения кризисной экологической ситуации в регионе, которая негативно сказывается на здоровье и продолжительности жизни населения. Подробнее этой проблемой занимались О.А.Шевченко и Ю.А. Проскурня в работе "Эколого-геохимические особенности углей и шахтных вод Донбасса (на примере Донецко-Макеевского углепромышленного района)", в которой были проанализированы содержания химических элементов I, II и III классов опасности в этих средах. Установлено превышение предельно-допустимых концентраций в десятки и сотни раз для химических элементов I класса опасности (Hg, As, Be, Pb, Zn) в углях и I, II, III классов опасности (Pb, Li, B, Ni, Ba, Mn, Sr и другие) в шахтных водах Донецко-Макеевского района, что необходимо учитывать при использовании углей и вод в народном хозяйстве. Также установлено, что содержание ряда элементов (Ge, Ga, Sr, Ba, Mn, V, Cr, Li, Ce) достигают промышленных, что позволяет рассматривать их как ценные элементы и извлекать попутно с углями.
Донецко-Макеевский угленосный район находится в пределах Донецкой области, площадь его составляет 3170 км2. Район осваивается промышленностью более 100 лет. Глубина разработки на основной площади превышает 600 м, а по наиболее благоприятным пластам - 900-1000 м. Донецко-Макеевский район является главным поставщиком коксующихся углей (марки Ж, К, ОС)[2].
Район охватывает обширную область развития средне- и верхнекаменноугольных отложений на юго восточном замыкании Кальмиус-Торецкой котловины. Ширина этой полосы сложнодислоцированных продуктивных отложений 20 - 35 км, протяженность 70 км. Мощность продуктивной толщи увеличивается в северо-восточном направлении от 2000 м (Трудовские шахты) до 4100 м (Ясиновская, Зуевка).
Донецко-Макеевский угленосный район характеризуется развитием отложений С2 и С3, почти повсеместно перекрытых четвертичными отложениями. В крайней западной части района на размытой поверхности карбона залегают породы юрского и мелового возраста.
Среднекаменноугольные отложения залегают согласно на породах нижнего карбона, представлены свитами С21-С27. Для отложений верхнего карбона характерно согласное залегание на породах свиты С21. Отдел представлен всеми тремя свитами (С31 мощностью от 450 до 1000 м, С32 - от 950 до 1150 м, С33 - около 900 м).
Мезозойские отложения залегают на размытой поверхности карбона с явным угловым несогласием. Мезозойские отложения представлены юрой и верхним мелом. Мощность мезозоя - 8 - 80 м. Он повсеместно перекрыт четвертичными отложениями (неогеновыми и палеогеновыми).
В составе среднекаменноугольных отложений преобладают алевролиты и аргиллиты (64-79 %), подчиненное значение имеют песчаники (19-34 %), известняки (0,6-3 %) и угли (0,25-2,2%). Отмечается зависимость степени промышленной угленосности свит (кроме свиты С24) от относительного содержания песчаников: в свитах С23, С25, С26 песчаники составляют 32-34 % (основная угленосность), в свитах С21, С22, С27 - 19-20 % (угленосность значительно ниже).
Для отложений верхнего карбона характерно появление в разрезе красноцветных глин и резкое уменьшение степени угленосности.
Юрские отложения представлены глинистыми и песчаными породами, верхний мел - глауконитовыми песками. Мезозойские отложения перекрыты повсеместно четвертичными суглинками и глинами (до 10 - 20 м) с небольшими участками неогеновых и палеогеновых супесей и песков мощностью до 20 - 30 м.
Поле шахты "Лидиевка" расположено в юго-западной части Донецко-Макеевского геолого-промышленного района. В геологическом строении поля принимают участие отложения среднего карбона свиты С26 и частично свиты С27 и С25, представленные толщей переслаивающихся песчаников, алевролитов, аргиллитов в меньшей степени известняков, углей и углистых аргиллитов. Породы карбона повсеместно перекрыты покровными отложениями четвертичного и палеогенового возраста.
Донецко-Макеевский район расположен на южном крыле Кальмиус - Торецкой котловины, охватывающей всю юго-западную часть Донбасса. Общее падение пород карбона северо-западное, в среднем 12-18°. Только на крыльях дополнительных складок или вблизи нарушений встречаются более крутые углы падения, нередко до 70°. Залегание пород осложнено серией поперечных флексур и надвигами различного направления, а также мульдообразными прогибами и куполовидными поднятиями, что обуславливает сложное тектоническое строение района, особенно его северо-восточной и южной частей.
Юго-западная часть района от реки Волчьей и до западной окраины г. Донецка характеризуется спокойным моноклинальным залеганием слоев, падающих на север под углом 5 - 10°, незначительным развитием разрывных нарушений. Наиболее крупный Мушкетовский надвиг имеет амплитуду 15 - 50 м.
В центральной части района выделяются структуры: Бутовская, Чайкинская, Советская, Ясиновско-Ждановская флексуры, Бутовский купол и Макеевская мульда. Флексуры расположены диагонально к общему северо-западному направлению основной складчатости Донбасса и характеризуются крутыми (60-80°) западными крыльями, осложненными согласно падающими надвигами.
В крайней южной части района моноклинальное, пологое (3-120) залегание пород осложнено пересекающимися надвигами: Калиновским, Буденовским, Мушкетовским, Первомайским, Диагональным, наиболее крупные из которых - Калиновский и Первомайский - почти меридианального простирания, с амплитудой смещения 300 - 400 м выходят на юг далеко за пределы района.
В восточной части района первичное залегание осложнено пликативными и дизъюнктивными нарушениями второго порядка.
Помимо пликативных структур, в районе широко развиты дизъюнктивные нарушения, в основном надвигового характера, с амплитудой смещения от нескольких метров до нескольких сот метров. Дизъюнктивные нарушения района объединены в 4 характерные группы по морфологическим и генетическим признакам.
Первая группа - надвиги с северо-западным падением сбрасывателя. Наиболее крупные из них - Французский и Калининский. Простирание этих надвигов - юго-западное. Вторая группа - надвиги с юго-восточным падением сбрасывателя. К ним относятся надвиги восточнее Французского. Третья группа - надвиги с северо-восточным падением сбрасывателя, северо-западным простиранием. Самый крупный из этой группы - Мушкетовский надвиг. Четвертая группа - нормальные сбросы встречаются в районе довольно редко. Простирание сбросов различное.
Поле шахты "Лидиевка" расположено в южной части Кальмиус-Торецкой котловины, практически в одном тектоническом блоке - лежачем крыле Мушкетовского надвига, характеризуется относительно спокойным моноклинальным залеганием пород. Каменноугольные отложения в пределах оцениваемой площади простираются с юго-запада на северо-восток с падением пластов от 7 до 13° (реже до17°).
В районе имеются угли всех марок: от длиннопламенных до тощих и полуантрацитов. Угли в основном гумусовые, клареновые. Соответственно меняется марочный состав углей от длиннопламенных на юго-западе до тощих и даже антрацитов на востоке района. Наиболее высокую угленосность имеют свиты C23, C25, C26, C27. Мощность разрабатываемых пластов в основном 0,6 - 1,0 м. Содержание золы в углях района изменяется от 3 до 30 %, серы - от 0,6 до 9,5 %, влажность рабочего топлива колеблется от 2 до 16 %, выход летучих веществ зависит от марочного состава углей (от 40-46 % для Д до 6-13 % для Т). Низшая удельная теплота сгорания изменяется от 5480 (Д) до 6570 ккал/кг (Т). Высоким качеством отличаются угли пластов свит С23, С25, С26, С31, среди которых 12 пластов содержат до 1,5 % серы и до 15-18 % золы [2].
Промышленная угленосность шахты "Лидиевка" приурочена к среднему отделу карбона - свите С26 и верхней части свиты С25 до (k6). В настоящие время оцениваются пласты l7, l6, l3, l1, k6. Шахта ведет разработку пластов l81 и k6. Состав углей колеблется от фюзено-кларенового до ультра-кларенового. Минеральные включения представлены преимущественно глинистыми веществом и сульфидами железа, изредка единичными включениями кварца и карбоната. Угли оцениваемых пластов являются в основном маловосстановленными, реже восстановленными, по технологическим свойствам соответствуют марки ДГ, Г.
С целью оценки характера загрязнения на поле шахты "Лидиевка" ранее проводилось геохимические опробования почво-грунтов, углевмещающих пород и угля. Пробы почв отбирались по сети 500*500м. Отбор проб в каждой точке опробования производился из копуш глубиной 0,2м, методом "конверта". Таким образом, на оцениваемой площади отобрана 151 объединенная проба почв. Геохимическое опробование углей и вмещающих пород было проведено по действующим лавам, подготовительным выработкам и через зоны тектонических нарушений. Отбор проб производился бороздовым способом с сечением борозды 3*5см по всей мощности угольного пласта и из пород кровли с длиной борозды до 1м. Всего отобрано по 13 групповых проб для угля и породы.
Пробы, отобранные и сформированные для оценки состояния почвогрунтов на поле шахты, подвергались следующим методам лабораторных исследований:
- спектральному полуколичественному анализу на 42 химических элемента;
- спектральному количественному анализу на фтор;
- атомно-абсорбционному анализу на ртуть.
На первом этапе была сформирована однородная выборка представительного объема для независимых друг от друга наблюдений. На основе данной выборки производился расчет статистических характеристик загрязнения почво-грунтов и был рассчитан суммарный показатель загрязнения почв токсичными элементами.
Далее строилась карта суммарного показателя загрязнения (Zc) с целью изучения пространственных закономерностей загрязнения. При анализе карты были выявлены основные источники загрязнения, к которым приурочены повышенные значения Zc.
С целью выявления различия состава загрязнения отдельно были сформированы выборки для породных отвалов и вентиляционных стволов.
С целью выделения природной и техногенной составляющей загрязнения сравнивались содержания химических элементов в углях и углевмещающих пород с содержанием элементов-загрязнителей в почвах.
В результате проведенного полуколичественного спектрального анализа в пробах почв, углей и углевмещающих пород не обнаружены мышьяк, кадмий, фосфор, сурьма, вольфрам, стронций.
В соответствии с нормативными документами опасными химическими элементами-загрязнителями являются:
1 класс опасности: ртуть, фтор, свинец, цинк, селен, бериллий, мышьяк, кадмий, фосфор;
2 класс опасности: бор, кобальт, никель, молибден, медь, хром, висмут, литий, ниобий, сурьма;
3 класс опасности: барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций.
Для нормирования содержания токсичных элементов на поле шахты использовались предельно допустимые концентрации содержания элементов в почвах (ПДКп), а также кларк химических элементов в почвах по Виноградову [3]. Рассчитаны статистические характеристики (табл.1).
Таблица 1. Статистические характеристики распределения токсичных элементов на поле шахты "Лидиевка" (коэффициенты концентрации)
| Элементы (Класс опасности) | Pb (1) | V (3) | Ni (2) | Cr (2) | Co (2) | Bi (2) | Nb (2) | Mo (2) | Li (2) | Cu (2) | Ba (3) | Mn (3) | Zn (1) | Be (1) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ПДК (кларк почв), г/т | 30 |
150 |
40 |
100 |
10 |
2 |
19 |
1,4 |
30 |
100 |
470 |
1500 |
50 |
2 |
| Среднее | 0,7 |
0,6 |
1,2 |
1 |
1,9 |
0,7 |
0,9 |
1,1 |
1 |
0,3 |
1 |
0,5 |
1,3 |
1 |
| Мода | 0,7 |
0,7 |
1,3 |
1 |
2 |
0,8 |
1 |
1,1 |
1 |
0,3 |
1,1 |
0,5 |
1,4 |
1 |
| Стандарт | 0,3 |
0,1 |
0,2 |
0,1 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
0,2 |
0,2 |
0 |
0,2 |
0,1 |
0,3 |
0,1 |
| Минимум | 0,5 |
0,3 |
0,8 |
0,5 |
1,5 |
0 |
0,5 |
0,7 |
0,3 |
0,2 |
0,6 |
0,3 |
0,2 |
0 |
| Максимум | 1,7 |
0,7 |
1,8 |
1 |
3 |
1 |
1 |
1,4 |
1,7 |
0,3 |
1,5 |
0,7 |
2 |
1,5 |
Из таблицы видно, что элементы I класса опасности превышают ПДКп следующим образом: Pb - в 1,7 раз, Zn - в 2 раза; содержание Be на уровне кларка почв. Для элементов II класса опасности максимальные превышения установлены у Co - в 3 раза, Li - в 1,7 раз, Mo - 1,4 раза, Ni - 1,3 раза; Cr и Nb содержаться в пределах фона. Из элементов III класса опасности кларковое содержание в почвах превышает Ba в 1,5 раза. Кроме токсичных элементов на поле шахты в повышенных концентрациях обнаружены Ge - 1,4 и Sn - 1,1 кларка почв.
Определенная атомно-абсорбционным методом по 10 пробам ртуть превышает уровень фона в почвах в 2 и более раз. Ртуть - элемент первого класса опасности, входит в группу наиболее активных загрязнителей почв и других компонентов окружающей среды. Известно, что ртуть имеет высокие миграционные свойства. Содержание ртути в углях Донбасса достигает 0,5г/т и более, а в районе Никитовских месторождений свыше 20г/т, что существенно превышает кларковые величины, а также содержание ртути в углях других месторождений [1].
С целью оценки уровня химического загрязнения почв как индикатора неблагоприятного воздействия на здоровье населения согласно методическим указаниям МУ 2.1.7.730-99 "Гигиеническая оценка качества почвы населенных мест" используются коэффициенты концентрации (Kc) элементов загрязнителей и суммарный показатель загрязнения ими почв (Zc).
Коэффициент концентрации (Кс) определяется отношением фактического содержания определяемого вещества в почве (Сi) в мг/кг почвы к региональному фоновому (Сфi):
Кс=Сi/Сфi........(1)
Суммарный показатель загрязнения равен сумме коэффициентов концентраций химических элементов-загрязнителей и выражен формулой:
Zc=сум[Kc - (n-1)]........(2)
где: n - число определяемых суммируемых элементов загрязнителей;
Кс - коэффициенты концентрации каждого (i-го) компонента загрязнения.
Вычисленная по формуле (2), величина суммарного показателя загрязнения не превысила 16, что соответствует допустимой категории загрязнения почв.
На карте экологической опасности почв шахты "Лидиевка" (рис. 1)построенной по показателю суммарного загрязнения (Zc) установлено, что зоны повышенного суммарного загрязнения приурочены к вентиляционным стволам и породным отвалам.
Рисунок 1. - Карта показателя суммарного загрязнения (Zc) (Анимация: 6 кадров, 5 повторений, задержка кадра 1 сек.)
Условные обозначения: 
вент.ствол 
породный отвал 
место отбора пробы
Загрязнение приуроченное к вент. стволам обусловлено высокой концентрацией оседающей мелкодисперсной угольной пыли, которая обеспечивает накопление токсичных элементов в почве.
Загрязнение вблизи породных отвалов объясняется тем, что под действием активной водной и ветровой эрозии происходит вынос и накопление токсичных элементов. Отвалы угольных предприятий, терриконы являются одним из основных источников загрязнения грунтов микроэлементами, засоления хлорид- и сульфат-ионами, а также уменьшения рН среды [4]. В отвалах пород происходят различные химические реакции с участием серы, поскольку при добыче угля в отвалы (терриконы) поступает большое ее количество в составе пород. Когда богатые кислородом дождевые воды инфильтруют отвалы и терриконы, в них происходит окисление сульфидов и образование серной кислоты. Вследствие этого воды, которые дренируют терриконы сильно кислые. Кроме того, выносятся также сульфаты тяжелых металлов. На стыке сернокислых миграционных потоков с естественными почвами, представленными черноземами обыкновенными с нейтральной или слабощелочной реакцией среды, образуются щелочные барьеры. В результате повышения рН на щелочном барьере осаждаются многие элементы и образуется геохимическая аномалия. Известно, что на щелочных барьерах (степные почвы) осаждаются: Ca, Sr, Ba, Mn, Co, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Be, Ga, Y, Cr, As [6].
Анализ содержания химических элементов в пробах отобранных вблизи источников загрязнения позволил установить, что для породных отвалов и вентиляционных стволов характерен свой спектр элементов-загрязнителей. Так в частности возле породных отвалов концентрируются такие элементы как Hg, Pb, Zn, Cr, Co, Li, Ba и Sn. Для вентиляционных стволов этот спектр представлен следующими элементами: Ge, Be, Ti, Nb, Mo.
Такое распределение элементов можно связать с концепцией углефильных элементов (Юдович, 2005). Это объясняется тем, что угольное органическое вещество осуществляет барьерную функцию, захватывая элементы-примеси. Те элементы, которые отличаются повышенным сродством к угольному веществу, получили название углефильных. Ранжируя редкие элементы в углях по степени углефильности можно получить ряд, во главе которого обычно стоят Ge, Be, Mo, W, Ga, Sc, РЗЭ, а в конце Sr, Ba, Mn [7].
Элементы-примеси могут также концентрироваться в аутигенных минералах угля: сульфидах, карбонатах, силикатах, фосфатах. Так элементы-сульфофилы (Zn, Pb) часто присутствуют в составе аутигенных сульфидных минералов и микроэлементов; Ti, Sn - часто связан с аутигенным каолинитом; другие элементы-примеси в углях в основном входят в состав терригенных минеральных примесей, чаще всего глинистых минералов.
Элементы, концентрирующиеся вблизи породных отвалов связаны с минеральной частью углей либо находятся в повышенных концентрациях в углевмещающих породах.
При анализе содержания химических элементов в углях шахты "Лидиевка" относительно среднего содержания химических элементов в углях (по Юдовичу) было установлено, что наибольшие превышения среднего содержания химических элементов в углях характерны для элементов: Hg- в 1,1 - 3,5 раза, Be- в 2,4 - 3,3 раза, Li - 1,8 - 2,1 раз, - Ba - 2,5 - 3,8 раз, Ge - в 1,8 - 2,5 раза, Sn - 1,5 - 2 раза, Zr - 1.3 - 1,5 раза, Ti - 1,4 - 1,8 раз;
- максимальные превышения содержаний по отношению к среднему содержанию химических элементов в углях установлены для Zn - в 1,5 раза, Сr - 1,9 раз;
- средние содержания остальных элементов ниже или близки к среднему содержанию.
Угольные пласты имеют зоны обогащения редкими элементами вблизи почвы, кровли и внутрипластовых породных прослоев. В этих зонах содержание элементов могут на 1-2 порядка превышать те, что наблюдаются в центральных пачках пласта. Маломощные пласты всегда богаче, чем мощные [8]. Тогда при отработке пластов более сложного строения, с породными прослоями, будет повышаться содержание этих элементов в почвах.
При нормировании содержания химических элементов в углевмещающих породах использовались кларки химических элементов в осадочных породах (по Виноградову). Для углевмещающих пород установлено следующее:
- на уровне кларковых значений содержаться Pb (20 г/т), Cr (100 г/т), Co (20 г/т);
- максимальные превышения содержаний по отношению к кларкам установлены для Mn - в 1,5 раза; Ti - 1,1 раза.
В результате исследований загрязнения почв поля шахты "Лидиевка" токсичными химическими элементами было установлено:
- по величине суммарного показателя загрязнения почвы можно отнести к допустимой категории загрязнения;
- ПДК или кларковое содержание почв превышают: Pb, Zn, Co, Li, Ni, Ba, Mo, Be; на уровне фона содержаться Cr, Nb, Be, B;
- в углях и углевмещающих породах в повышенных концентрациях обнаружены Hg, Be, Bi, Ge, Pb, Cr, Co, Bi, Mn, Ti;
- ореолы загрязнения приурочены к вент. стволам и породным отвалам.
Решения экологических проблем, связанных с деятельностью предприятий угольной промышленности Донецкой области в целом и конкретного исследуемого объекта, требует комплексного подхода. Основные направления решения этих проблем следующие:
Внедрение процессов добычи угля без выдачи пустой породы на поверхность и восстановление системы профилактики от самовозгорания породных отвалов.
Использование пылеулавливающих установок.
Предупреждение фильтрации вредных веществ из действующих шахтных отстойников, как в подземные водоносные горизонты, так и поверхностные водотоки.
Снижение объемов образования вредных отходов, их последующая утилизация; ликвидация хранилищ высокотоксичных отходов; упорядочение полигонов или мест хранения производственных отходов.
Рекультивация нарушенных земель с восстановлением сельскохозяйственной, рекреационной или селитебной их ценности, например, глубинная вспашка (до 1 м).
Панов Б.С. Современные экологические проблемы Донецкого бассейна/ Б.С. Панов, О.А. Шевченко, А.М. Дудик, С.А. Дудик, С.Ю. Селяков - Геофизический журнал, 2003.-№3. - С. 46-60
Методика разведки угольных месторождений Донецкого бассейна. Коллектив авторов/ под ред. Ю.В. Буцик, М.: - Недра, 1972. - 340с.
Войткевич Г.В. Краткий справочник по геохимии/ Г.В. Войткевич, А.Е. Мирошников. - М.: Недра, 1977 - 184с.
Петрова Л.О. Вплив на навколишнє середовище відходів вуглевидобутку і вуглепереробки/Л.О. Петрова - Геологический журнал, 2002.-№2. - С.81-87
Юдович Я.Э. Элементы-примеси в ископаемых углях/ Я.Э. Юдович, М.П. Кетрис, А.В. Мерц - Л.: Наука, 1985. - 239 с.
Зубова Л.Г. Экологические и геохимические особенности антропогенных ландшафтов Донбасса: учеб. пособие/ Л.Г. Зубова, О.Р. Зубов. - Луганск: изд-во ВНУ им.Даля, 2008. - 120с.
Юдович Я.Э. Токсичные элементы-примеси в ископаемых углях. - Екатеринбург: IpOPAH, 2005. - 655 с.: [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.twirpx.com/file/28009/
Волкова Т.П. К вопросу использования отходов углеобогащения./ Т.П. Волкова, О.В. Целуйко - Наукові праці ДонНТУ. Серія: "Гірничо-геологічна". Випуск 8 (136) - Донецьк, ДонНТУ, 2008. - с.50 - 55.
Миронов К.В. Справочник геолога-угольщика/К.В. Миронов. - М.: - Недра, 1991. - 363 с.
Тяжелые металлы в почвах. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.gidrogel.ru/ecol/hv_met.htm
ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ > Биография | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальный раздел