українська мова

Бикадорова Ольга Миколаївна

Факультет: Экології та хімічної технології

Спеціальність: Экологічна геологія

Тема випускної роботи: Порівняльна оцінка екологічної ситуації на шахтах Донецька-Макіївського району

Керівник: Волкова Тетяна Петрівна

Біографія

Автореферат за темою випускної роботи

Актуальність теми

Донбас - це великий промисловий регіон України, в якому налічується кілька тисяч великих промислових підприємств паливно-енергетичного комплексу, гірничодобувної, металургійної, хімічної промисловості, важкого машинобудування, агропромислового комплексу. Найгострішими проблемами регіону є: забруднення атмосферного повітря, водного басейну і грунтів.

Для Донецько-Макіївського району, як і для більшої частини Донбасу, одним з основних забруднювачів природного середовища є вугільна промисловість. У зв'язку з цим найбільш важливим є вивчення особливостей забруднення навколишнього середовища вугільною промисловістю. Воно пов'язане з вуглевидобутком, вуглезбагаченням, вуглепереробкою, промисловим і побутовим спалюванням вугілля.

Для Донбасу характерні екологічно "брудне" вугілля. Воно геохімічно спеціалізовано на ртуть, миш'як, сірку, германій, молібден, берилій. Окремі марки вугілля містять в підвищених концентраціях також літій, талій, скандій та інші хімічні елементи. Значні перевищення середніх значень вмісту елементів в осадових породах і вугіллі зафіксовані для елементів I-III класу небезпеки: Sb, Pb, V, Cd, Zn, Mo, Li [1].

Залежно від гірничо-геологічних умов інтенсивність і склад забруднення змінюється на окремих шахтах. Донецько-Макіївський район є густонаселеним. Екологічна ситуація, пов'язана з промисловим забрудненням, впливає на стан здоров'я населення. Тому визначення факторів, що впливають на інтенсивність забруднення району, є актуальним. Дослідження екологічної ситуації на конкретному підприємстві дозволить кількісно оцінити найбільш вагомі фактори поширення забруднення вугільних підприємств у навколишньому середовищі.

Зв'язок роботи з науковими програмами

Робота пов'язана з науково-дослідною роботою кафедри КК і ЕГ Н8-07 "Дослідження геологічних особливостей і будови зон екологічного ризику Донецької області та розробка методики їх прогнозування".

Мета і завдання дослідження

Мета роботи: дослідження кількісного та якісного складу забруднення шахт Донецько-Макіївського району.

Завдання:

- аналіз картографічного матеріалу (карти, розрізи) для вивчення особливостей геологічної будови району;

- розрахунок статистичних характеристик показників забруднення та зв'язків показників забруднення з якісними характеристиками вугілля;

- визначення головних факторів розподілу речовини;

- розробка рекомендацій по зменшенню впливу джерел забруднення.

Об'єкт наукового дослідження

Об'єктом, що досліджується є шахти Донецько-Макіївського району.

Предмет дослідження

Предметом наукового дослідження є екологія вугільної промисловості.

Методи дослідження

Для вирішення поставлених завдань будуть використовуватись наступні методи:

- системний аналіз структури досліджуваного об'єкта для складання однорідних вибірок;

- методи статистичної обробки;

- методи дослідження просторових закономірностей для виділення найбільш небезпечних зон забруднення;

- методи логічного аналізу для створення узагальненої моделі забруднення вугільної промисловості.

Наукова новизна

Наукова новизна проведених досліджень полягає у виділенні природної та техногенної складової забруднення на шахтах Донецько-Макіївського району, а також встановлення факторів його просторового розподілу в навколишньому середовищі.

Практичне значення отриманих результатів

Практична цінність даної роботи полягає в тому, що отримані результати можуть бути використані при вирішенні питань екології, пов'язаних з негативним впливом підприємств вугільної промисловості на стан навколишнього середовища. Отримані результати можна використовувати і в наступних дослідженнях забруднень шахтних полів зі схожими геологічними умовами. Розроблено рекомендації щодо зменшення впливу джерел забруднення.

Апробація роботи

XX Всеукраїнська наукова конференція аспірантів та студентів "Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів". м.Донецьк, ДонНТУ, 2010р. Тези "Екологічні проблеми вугільної промисловості" (на прикладі шахти "Лідіївка").

Підготовлена до публікації стаття: "Закономірності розподілу забруднення вугільної промисловості в грунтах".

Зміст роботи

Розділ 1.Обзор досліджень по темі

У монографії О.З. Юровського докладно розглянуті експериментальні матеріали, пов'язані з вмістом і розподілом найбільш важливих (з практичної точки зору) мікрокомпонентів у твердих горючих копалинах. Автором встановлено, що мікрокомпоненти по закономірностям розподілу в речовині твердого палива поділяються на такі групи:

Приурочені головним чином до мікрокомпонентів мінеральної частини (Zn, La, Sn, Cu, Hg, Zr, As, Cd, Pb, Mn, I, ймовірно Ag);
Приурочені в основному до органічної речовини (Ge, Be, W, B, ймовірно Nb);
Ррівномірно розподілені між мінеральною частиною і органічною речовиною (V, Mo, Ga, Sb, P, Ti, Co, Ni, Cr, Se, Cu, Sc). Приуроченість мікрокомпонентів цієї групи в значній мірі залежить від родовища. Ступеня метаморфізму та інших факторів. У цілому P, Ga, Sb, Ti, V і Sc більше тяжіють до органічної маси, а Co, Cr, Se, Cu і мабуть Mo - до мінеральної частини.

За елементами Au, Sr, Ba, Li, Cs, In, F, Cl немає даних, які дозволяють віднести їх до тієї чи іншої групи.

     У монографії Певзнера М.Є., Малишева А.А., Мелькова А.Д. проаналізовано види антропогенного впливу на біосферу. Показано особливості впливу гірничого виробництва на водний і повітряний басейни, природні ландшафти і надра. Розглянуто правові засади природокористування. Узагальнено передовий вітчизняний та зарубіжний досвід екологічно безпечного користування надрами. У роботі виконано всебічний аналіз проблем впливу гірничої справи на навколишнє середовище, основні процеси взаємодії гірничого виробництва з різними елементами біосфери та шляхи зниження негативних проявів цієї взаємодії.
     Авторами встановлено, що основними джерелами і факторами забруднення компонентів біосфери в гірничому виробництві є:
     - викиди в атмосферу пилу і газів палаючими породними відвалами шахт і збагачувальних фабрик, промислові та побутові котельні, сушильні установки і аспіраційні системи збагачувальних фабрик, вентилятори головного провітрювання шахт, автотранспорт, екскаватори, бульдозери;
     - скидання стічних і дренажних вод з високою мінералізацією в поверхневі водойми, водозабір для технічних і побутових потреб підприємств, що призводить до зміни гідрохімічних і біологічних режимів поверхневих і підземних вод;
     - проведення гірських виробок, спорудження відвалів, хвісто- і водосховищ, що призводить до деформації земної поверхні і порушення грунтового покриву;
     - осадження пилу та хімічних сполук внаслідок викидів в атмосферу, винос мікрокомпонентів з породних відвалів призводять до забруднення грунтів.

В.І. Ніколін і Є.С. Матлаком розглянуті проблеми стану атмосфери, гідросфери, земної поверхні в умовах сучасного НТП. Висвітлено наукові засади захисту навколишнього середовища від негативного впливу гірничої промисловості при видобутку вугілля підземним способом. Особливу увагу приділено проблемам безвідходної й маловідхідної технології.
Проблема скорочення обсягів породних відвалів вирішується вибором оптимальної технології видобутку вугілля. Це може бути технологія із закладкою виробленого простору, або технологія роздільної виїмки. Також породні відходи можуть використовуватися для цілей як всередині галузі (фільтрування шахтних вод через породи), так і в інших галузях (виробництво будівельних матеріалів, збагачення для отримання концентратів товарного вугілля). Важливим є використання відходів вугільної промисловості для видобування цінних і рідкісних елементів.

Авторами Смірним М.Ф., Зубовою Л.Г., Зубовим О.Р. розглянуті екологічні та геохімічні особливості гірничопромислових ландшафтів Донбасу, встановлені закономірності фізико-геологічних і геохімічних процесів, що відбуваються в відвальних породах. Авторами встановлено, що породи териконів містять у собі багато елементів, що перевищують кларк осадових порід (Ge, Hg, Th, Cr, Cu, Ce, Pb - для аргілітів, Bi, Hg, Cr, As, Th, Pb, Ge, Zn - алевролітів , Sb, Sn, Ba, Cu, Se - для пісковиків. У горілих породах у 1,5 - 2 рази і більше перевищує вміст аналогічних елементів у незмінених породах. У незмінених і горілих породах виявлені токсичні елементи, вміст яких у багатьох випадках перевищує ГДК грунтів. Окислення супроводжується утворенням сірчаної кислоти та її сполук, горінням відвалів, міграцією повітряним шляхом шкідливих газів і пилу, водним - радіонуклідів та важких металів. Відомо, що на лужних бар'єрах (степові грунти) поблизу породних відвалів осаджуються: Ca, Sr, Ba , Mn, Co, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Be, Ga, Y, Cr, As.

У роботах Петрової Л.О. розглянуто вплив вугільної промисловості на підземні води та грунти на території Південно-Східного Донбасу. Наведено якісні та кількісні характеристики складу стічних вод, що утворюються в зоні впливу породних відвалів. Описано процес перетворення породи у відвалах по стадіях, охарактеризовано мінеральний і хімічний склад відвалів та їх вплив на зміну ландшафтно-геохімічного середовища районів вуглевидобутку. Також розглядається поведінка хімічних елементів, їх сполук і асоціацій в умовах різних типів ландшафтів степового Донбасу; вплив вугільної промисловості, на зміну геохімічного фону території.
Автором встановлено, що на ділянках вуглевидобутку та вуглепереробки повсюдно підвищені або високі концентрації мають такі елементи як Hg, As, Pb, Co, Cu, Ba, Cd, F, Mn. Низький pH поблизу породних відвалів сприяє акумуляції грунтами важких і токсичних металів і їхніх сполук. Значний винесення з териконів різних хімічних сполук і солей важких металів призводить до зміни хімічного складу грунтів, грунтових вод, рослинності та атмосфери.

Пановим Б.С., Шевченко О.А., Дудіком А.М. та ін. охарактеризовано сучасні екологічні проблеми Донецького басейну, пов'язані з різними галузями промисловості. Розглянуто проблеми забруднення повітряного басейну, підземних вод, грунтів токсичними елементами і ПАУ. Встановлені токсичні хімічні елементи, що перевищують ГДК (As, Hg, Pb, Zn), в атмосфері, грунтах міських агломерацій і підземних водах регіону, а також наявність регіонів уражених небезпечними геологічними процесами. Розглянуто природну (геологічна) і штучну (техногенна) складові виникнення кризової екологічної ситуації в регіоні, яка негативно позначається на здоров'я і тривалості життя населення. Детальніше цією проблемою займалися О. А. Шевченко та Ю.А. Проскурня в роботі "Еколого-геохімічні особливості вугілля і шахтних вод Донбасу (на прикладі Донецько-Макіївської вуглепромислового району)", в якій були проаналізовані вміст хімічних елементів I, II і III класів небезпеки в цих середовищах. Встановлено перевищення гранично-допустимих концентрацій в десятки і сотні разів для хімічних елементів I класу небезпеки (Hg, As, Be, Pb, Zn) у вугіллі і I, II, III класів небезпеки (Pb, Li, B, Ni, Ba, Mn , Sr та інші) у шахтних водах Донецько-Макіївського району, що необхідно враховувати при використанні вугілля і вод у народному господарстві. Також встановлено, що вміст ряду елементів (Ge, Ga, Sr, Ba, Mn, V, Cr, Li, Ce) досягає промислових, що дозволяє розглядати їх як цінні елементи та виймати попутно з вугіллям.

Розділ 2. Опис Донецько-Макіївської району

Донецько-Макіївський вугленосних район знаходиться в межах Донецької області, площа його складає 3170 км2. Район освоюється промисловістю більше 100 років. Глибина розробки на основній площі перевищує 600 м, а по найбільш сприятливим пластам - 900-1000 м. Донецько-Макіївський район є головним постачальником коксівного вугілля (марки Ж, К, ОС) [2].

Район охоплює велику область розвитку середньо- та верхнекаменновугільних відкладень на південному східному замиканні Кальміус-Торецької улоговини. Ширина цієї смуги складнодислоцірованних продуктивних відкладень 20 - 35 км, протяжність 70 км. Потужність продуктивної товщі збільшується в північно-східному напрямку від 2000 м (Трудівські шахти) до 4100 м (Ясинівська, Зуївка).

2.1 Стратиграфія і літологія

Донецько-Макіївський вугленосних район характеризується розвитком відкладень С₂ і С₃, майже повсюдно перекритих четвертинними відкладеннями. У крайній західній частині району на розмитій поверхні карбону залягають породи юрського і крейдового віку.

Среднекаменноугольние відкладення залягають згідно на породах нижнього карбону, представлені свитами С₂¹-С₂⁷. Для відкладів верхнього карбону характерне згідне залягання на породах світи С₂⁷. Відділ представлений всіма трьома свитами (С₃¹ потужністю від 450 до 1000 м, С₃²- від 950 до 1150 м, С₃³- близько 900 м).

Мезозойські відклади залягають на розмитій поверхні карбону з явною кутовою незгодою. Мезозойські відклади представлені юрою та верхньою крейдою. Потужність мезозою - 8 - 80 м. Він повсюдно перекритий четвертинними відкладеннями (неогеновими і палеогеновими).

У складі середньокаменовугільних відкладів переважають алевроліти і аргіліти (64-79%), підпорядковане значення мають пісковики (19-34%), вапняки (0,6-3%) і вугілля (0,25-2,2%). Відзначається залежність ступеня промислової вугленосності свит (крім свити С₂⁴) від відносного вмісту пісковиків: у свитах С₂³, С₂⁵, С₂⁶ пісковики складають 32-34% (основна вугленосність), у свитах С₂¹, С₂², С₂⁷ - 19-20% (вугленосність значно нижче).

Для відкладів верхнього карбону характерна поява в розрізі червоноколірних глин і різке зменшення ступеня вугленосності.

Юрські відклади представлені глинистими та піщаними породами, верхня крейда - глауконітовими пісками. Мезозойські відклади перекриті повсюдно четвертинними суглинками і глинами (до 10 - 20 м) з невеликими ділянками неогенових і палеогенових супісків і пісків потужністю до 20 - 30 м.

Поле шахти "Лідіївка" розташоване в південно-західній частині Донецько-Макіївської району. У геологічній будові поля беруть участь відклади середнього карбону свити С26і частково свити С₂⁷ і С₂⁵, представлені товщею пісковиків, алевролітів, аргілітів, які перешаровуються, меншою мірою вапняків, вугілля і вуглистих аргілітів. Породи карбону повсюдно перекриті покривними відкладами четвертинного і палеогенового віку.

2.2 Тектонічна будова району

Донецько-Макіївський район розташован на південному крилі Кальміус-Торецької улоговини, що охоплює всю південно-західну частину Донбасу. Загальне падіння порід карбону північно-західне, в середньому 12-18°. Тільки на крилах додаткових складок або поблизу порушень зустрічаються більш круті кути падіння, нерідко до 70°. Залягання порід ускладнене серією поперечних флексур і насування різного напрямку, а також мульдоподібними прогинами і куполовидними підняттями, що обумовлює складну тектонічну будову району, особливо його північно-східної і південної частин.

Південно-західна частина району від річки Вовчої і до західної околиці р. Донецька характеризується спокійним моноклінальним заляганням шарів, що падають на північ під кутом 5 - 10°, незначним розвитком розривних порушень. Найбільший Мушкетовський насув має амплітуду 15 - 50 м.

У центральній частині району виділяються структури: Бутовська, Чайкінская, Радянська, Ясинівська-Жданівська флексури, Бутовський купол і Макіївська мульди. Флексури розташовані діагонально до загального північно-західного напрямку основної складчастості Донбасу і характеризуються крутими (60-80°) західними крилами, ускладненими згідно падаючими насуваннями.

У крайній південній частині району моноклінальне, пологе (3-12?) залягання порід ускладнено пересічними насуваннями: Калиновським, Будьонівським, Мушкетівським, Первомайським, Діагональним, найбільші з яких - Калиновський і Первомайський - майже меридіонального простягання, з амплітудою зміщення 300 - 400 м виходять на південь далеко за межі району.

У східній частині району первинне залягання ускладнено плікативними і диз'юнктивними порушеннями другого порядку.

Крім плікативних структур, в районі широко розвинуті диз'юнктивні порушення, в основному насувного характеру, з амплітудою зміщення від декількох метрів до декількох сотень метрів. Диз'юнктивні порушення району об'єднані в 4 характерні групи за морфологічними і генетичними ознаками.

Перша група - насування з північно-західним падінням. Найбільші з них - Французький та Калінінський. Простягання цих надвигів - південно-західне. Друга група - насування з південно-східним падінням. До них відносяться насування на схід від Французького. Третя група - насування з північно-східним падінням, північно-західним простяганням. Найбільший з цієї групи - Мушкетовському Насування. Четверта група - нормальні скиди зустрічаються в районі досить рідко. Простягання скидів різне.

Поле шахти "Лідіївка" розташоване в південній частині Кальміус-Торецької улоговини, практично в одному тектонічному блоці - лежачому крилі Мушкетовського насування, характеризується відносно спокійним моноклінальним заляганням порід. Кам'яновугільні відкладення в межах оцінюваної площі простягаються з південного заходу на північний схід з падінням пластів від 7 до 13° (рідше до17°).

2.3 Вугленосність

В районі є вугілля всіх марок: від довгополуменевого до пісних і полуантрацитів. Вугілля в основному гумусові, кларенові. Відповідно змінюється марочний склад вугілля від довгополуменевого на південому заході до пісних і навіть антрацитів на сході району. Найбільш високу вугленосність мають свити C₂³, C₂⁵, C₂⁶, C₂⁷. Потужність розроблювальних пластів в основному 0,6 - 1,0 м. Вміст золи у вугіллі району змінюється від 3 до 30%, сірки - від 0,6 до 9,5%, вологість робочого палива коливається від 2 до 16%, вихід летких речовин залежить від марочного складу вугілля (від 40-46% для Д до 6-13% для П). Нижча питома теплота згоряння змінюється від 5480 (Д) до 6570 ккал/кг (П). Високою якістю відрізняються вугілля пластів світ С₂³, С₂⁵, С₂⁶, С₃¹, серед яких 12 пластів містять до 1,5% сірки і до 15-18% золи [2].

Промислова вугленосність шахти "Лідіївка" належить до середнього відділу карбону - свиті С₂⁶ і верхньої частини свити С₂⁵ до (k₆). У теперішній час оцінюються пласти l₇, l₆, l₃, l₁, k₆. Шахта веде розробку пластів l81 и k6. Склад вугілля коливається від фюзено-кларенового до ультра-кларенового. Мінеральні включення представлені переважно глинистою речовиною і сульфідами заліза, зрідка одиничними включеннями кварцу і карбонату. Вугілля оцінюваних пластів є в основному маловідновленими, рідше відновленими, за технологічними властивостями відповідають марки ДГ, Г.

Розділ 3. Методика досліджень

З метою оцінки характеру забруднення на полі шахти "Лідіївка" раніше проводилося геохімічні випробування грунтів, вуглевмісних порід і вугілля. Проби грунтів відбиралися по мережі 500?500м. Відбір проб у кожній точці випробування проводився з копуш глибиною 0,2 м, методом "конверта". Таким чином, на оцінюваній площі відібрана 151 об'єднана проба грунтів. Геохімічне випробування вугілля і вмісних порід було проведено у діючих лавах, підготовчих виробках i через зони тектонічних порушень. Відбір проб проводився бороздовим способом з розтином борозни 3*5см по всій потужності вугільного пласта і з порід покрівлі з довжиною борозни до 1м. Всього відібрано по 13 групових проб для вугілля і породи.

     Проби, відібрані і сформовані для оцінки стану грунтів на полі шахти, піддавалися наступним методам лабораторних досліджень:
     - спектральному напівкількісному аналізу на 42 хімічних елемента;
     - спектральному кількісному аналізу на фтор;
     - атомно-адсорбційному аналізу на ртуть.

На першому етапі була сформована однорідна вибірка представницького обсягу для незалежних один від одного спостережень. На основі даної вибірки проводився розрахунок статистичних характеристик забруднення грунтів і був розрахований сумарний показник забруднення грунтів токсичними елементами.

Далі будувалася карта сумарного показника забруднення (Zc) з метою вивчення просторових закономірностей забруднення. При аналізі карти були виявлені основні джерела забруднення, до яких приурочені підвищені значення Zc.

З метою виявлення відмінностей у складі забруднення окремо були сформовані вибірки для породних відвалів і вентиляційних стовбурів.

З метою виділення природної та техногенної складової забруднення порівнювалися вміст хімічних елементів у вугіллі і вуглевмісних породах з вмістом елементів-забруднювачів у грунтах.

Розділ 4. Очікувані результати

У результаті проведеного напівкількісного спектрального аналізу в пробах грунтів, вугілля і вуглевмісних порід не виявлено миш'як, кадмій, фосфор, сурма, вольфрам, стронцій.

Відповідно до нормативних документів небезпечними хімічними елементами-забруднювачами є:

1 клас небезпеки: ртуть, фтор, свинець, цинк, селен, берилій, миш'як, кадмій, фосфор;

2 клас небезпеки: бор, кобальт, нікель, молібден, мідь, хром, вісмут, літій, ніобій, сурма;

3 клас небезпеки: барій, ванадій, вольфрам, марганець, стронцій.

Для нормування вмісту токсичних елементів на полі шахти використовувалися гранично допустимі концентрації вмісту елементів в грунтах (ГДКг), а також кларк хімічних елементів у грунтах за Віноградовим [3]. Розраховані статистичні характеристики (табл.1).

Таблиця 1. Статистичні характеристики розподілу токсичних елементів на полі шахти "Лідіївка" (коефіцієнти концентрації)

Елементи (Клас небезпеки)	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)
ГДК (кларк грунтів), г / т	30	150	40	100	10	2	19	1,4	30	100	470	1500	50	2
Середнє	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
Мінімум	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

З таблиці видно, що елементи I класу небезпеки перевищують ГДКг наступним чином: Pb - в 1,7 разів, Zn - у 2 рази; вміст Be на рівні кларка грунтів. Для елементів II класу небезпеки максимальні перевищення встановлені у Co - в 3 рази, Li - в 1,7 разів, Mo - 1,4 рази, Ni - 1,3 рази; Cr і Nb міститися в межах фону. З елементів III класу небезпеки кларковий вміст у грунтах перевищує Ba в 1,5 рази. Крім токсичних елементів на полі шахти в підвищених концентраціях виявлені Ge - 1,4 і Sn - 1,1 кларка грунтів.

Визначена а атомно-абсорбційним методом по 10 пробам ртуть перевищує рівень фону в грунтах в 2 і більше разів. Ртуть - елемент першого класу небезпеки, входить до групи найбільш активних забруднювачів грунтів та інших компонентів навколишнього середовища. Відомо, що ртуть має високі міграційні властивості. Вміст ртуті у вугіллі Донбасу досягає 0,5 г/т і більше, а в районі Микитівське родовище понад 20г / т, що істотно перевищує кларковие величини, а також вміст ртуті у вугіллі інших родовищ [1].

З метою оцінки рівня хімічного забруднення грунтів як індикатора несприятливого впливу на здоров'я населення згідно з методичними вказівками МУ 2.1.7.730-99 "Гігієнічна оцінка якості грунту населених місць" використовуються коефіцієнти концентрації (Kc) елементів забруднювачів і сумарний показник забруднення ними грунту (Zc).

Коефіцієнт концентрації (Кс) визначається відношенням фактичного вмісту визначаємої речовини в грунті (Сi) в мг/кг грунту до регіонального фонового (Сфi):

Кс=Сi/Сфi........(1)

Сумарний показник забруднення дорівнює сумі коефіцієнтів концентрацій хімічних елементів-забруднювачів і виражений формулою:

Zc=сум[Kc - (n-1)]........(2)

де: n - кількість елементів забруднювачів;
Кс - коефіцієнти концентрації кожного (i-го) компонента забруднення.

Обчислена за формулою (1), величина сумарного показника забруднення не перевищила 16, що відповідає допустимої категорії забруднення грунтів.

На карті екологічної небезпеки грунтів шахти "Лідіївка" (рис. 1) побудованої за показником сумарного забруднення (Zc) встановлено, що зони підвищеного сумарного забруднення приурочені до вентиляційних стовбурів і породних відвалів.

Рисунок 1.- Карта показника сумарного забруднення (Zc) (Анімація: 6 кадрів, 5 повторів, затримка кадра 1 сек.)

Умовні позначення: вент.стовбур породний відвал місце відбору проби

ЗЗабруднення приурочене до вент. стовбурів обумовлено високою концентрацією осідаючого дрібнодисперсного вугільного пилу, який забезпечує накопичення токсичних елементів у грунті.

Забруднення поблизу породних відвалів пояснюється тим, що під дією активної водної та вітрової ерозії відбувається винос і накопичення токсичних елементів. Відвали вугільних підприємств, терикони є одним з основних джерел забруднення грунтів мікроелементами, засолення хлорид- і сульфат-іонами, а також зменшення рН середовища [4]. У відвалах порід відбуваються різні хімічні реакції за участю сірки, оскільки при видобутку вугілля у відвали (терикони) надходить велика її кількість у складі порід. Коли багаті киснем дощові води інфільтруют відвали і терикони, в них відбувається окислення сульфідів та утворення сірчаної кислоти. Внаслідок цього води, які дренують терикони сильно кислі. Крім того, виносяться також сульфати важких металів. На стику сірчанокислих міграційних потоків з природними грунтами, представленими чорноземами звичайними з нейтральною або слаболужною реакцією середовища, утворюються лужні бар'єри. У результаті підвищення рН на лужному бар'єрі осаджуються багато елементів і утворюється геохімічна аномалія. Відомо, що на лужних бар'єрах (степові грунти) осаджуються: Ca, Sr, Ba, Mn, Co, Fe, Ni, Cu, Zn, Pb, Cd, Hg, Be, Ga, Y, Cr, As [6].

Аналіз вмісту хімічних елементів у пробах відібраних поблизу джерел забруднення дозволив встановити, що для породних відвалів і вентиляційних стовбурів характерний свій спектр елементів-забруднювачів. Так зокрема біля породних відвалів концентруються такі елементи як Hg, Pb, Zn, Cr, Co, Li, Ba і Sn. Для вентиляційних стовбурів цей спектр представлений наступними елементами: Ge, Be, Ti, Nb, Mo.

Такий розподіл елементів можна зв'язати з концепцією углефільних елементів (Юдович, 2005). Це пояснюється тим, що вугільна органічна речовина здійснює бар'єрну функцію, захоплюючи елементи-домішки. Ті елементи, які відрізняються підвищеним спорідненістю до вугільного речовини, отримали назву углефільних. Ранжуючи рідкісні елементи у вугіллі за ступенем углефільності можна отримати ряд, на чолі якого зазвичай стоять Ge, Be, Mo, W, Ga, Sc, РЗЕ, а в кінці Sr, Ba, Mn [7].

Елементи-домішки можуть також концентруватися в аутигенних мінералах вугілля: сульфідах, карбонатах, силікатах, фосфатах. Так елементи-сульфофіли (Zn, Pb) часто присутні у складі аутигенних сульфідних мінералів і мікроелементів; Ti, Sn - часто пов'язаний з аутигенним каолініту; інші елементи-домішки у вугіллі в основному входять до складу теригенних мінеральних домішок, найчастіше глинистих мінералів.

Елементи, концентруючись поблизу породних відвалів пов'язані з мінеральною частиною вугілля або перебувають у підвищених концентраціях у вуглевмісні породах.

     При аналізі вмісту хімічних елементів у вугіллі шахти "Лідіївка" щодо середнього вмісту хімічних елементів у вугіллі (за Юдовичем) було встановлено, що найбільші перевищення середнього вмісту хімічних елементів у вугіллі характерні для елементів: Hg-в 1,1 - 3,5 рази, Be-в 2,4 - 3,3 рази, Li - 1,8 - 2,1 разів, - Ba - 2,5 - 3,8 разів, Ge - в 1,8 - 2,5 рази, Sn - 1 , 5 - 2 рази, Zr - 1.3 - 1,5 рази, Ti - 1,4 - 1,8 разів.
     - максимальні перевищення вмісту по відношенню до середнього вмісту хімічних елементів у вугіллі встановлені для Zn - в 1,5 рази, Сr - 1,9 разів;
     - середній вміст інших елементів нижче або близький до середнього вмісту.

Вугільні пласти мають зони збагачення рідкісними елементами поблизу грунту, покрівлі та внутріпластових породних прошарками. У цих зонах вміст елементів можуть на 1-2 порядки перевищувати ті, що спостерігаються в центральних пачках пласта. Малопотужні пласти завжди є багатшим, ніж потужні [8]. Тоді при відпрацьовуванні пластів більш складної будови, з породними прошарками, буде підвищуватися вміст цих елементів у грунтах.

     При нормуванні вмісту хімічних елементів у вуглевмісних породах використовувалися кларк хімічних елементів в осадових породах (за Віноградовим). Для вуглевмісних порід встановлено наступне:
     - на рівні кларкових значень міститься Pb (20 г / т), Cr (100 г / т), Co (20 г / т);
     - максимальні перевищення вмісту по відношенню до кларка встановлені для Mn - в 1,5 рази; Ti - 1,1 рази.

Висновки

     У результаті досліджень забруднення грунтів поля шахти "Лідіївка" токсичними хімічними елементами було встановлено:
     - за величиною сумарного показника забруднення грунти можна віднести до допустимої категорії забруднення;
     - ГДК або кларковий вміст грунтів перевищують: Pb, Zn, Co, Li, Ni, Ba, Mo, Be; на рівні фону міститися Cr, Nb, Be, B;
     - у вугіллі і вуглевмісних породах у підвищених концентраціях виявлені Hg, Be, Bi, Ge, Pb, Cr, Co, Bi, Mn, Ti;
     - ореоли забруднення приурочені до вент. стовбурів і породним відвалам.