THE CONTRIBUTION OF INDUSTRIAL WASTES TO THE ENVIRONMENTAL RISK OF LOCAL GEOLOGY CONTAMINATION IN DONBASS REGION DUE TO LARGE-SCALE CLOSURE OF COAL MINES

Главная страница
Сведения об авторах

ВЛИЯНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО РИСКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ДОНБАССА В СВЯЗИ С МАССОВЫМ ЗАКРЫТИЕМ УГОЛЬНЫХ ШАХТ

Яковлев Е. А., Институт проблем национальной безопасности, Киев, Украина
Сляднев В. А., Институт геологических наук Национальной академии наук Украины, Киев, Украина

Донбасс является одним из наиболее старых и крупных угледобывающих районов не только в Украине, но и в мире. Это была так называемая «всесоюзная кочегарка» в бывшем СССР (Аll-Union Stove). История развития его превышает 200 лет. Здесь, на площади до 15 тыс. км², по мере увеличения глубины ведения горных работ (до 900—1 300 м), снижения уровня подземных вод под влиянием шахтного водоотлива, накопления жидких и твердых отходов угледобычи нарастало региональное нарушение равновесия в системе «минеральный скелет горных пород — подземные воды», в том числе увеличение инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод, ускорение миграции загрязненных и фильтратных вод в местах складирования отходов и терриконов. На протяжении всего периода развития Донбасса из недр было извлечено свыше 21,0 млрд т (до 12,0 км³) горных пород, в том числе угля около 15,0 млрд т (10,0 км³). В горнопромышленной части Донбасса учтено более 170 накопителей промышленных и шахтных вод общим объемом 249,2 млн м³ и площадью 28,2 млн м², 1185 терриконов общей площадью 72,0 км² и объемом горных пород более 1,0 км³. В результате выемки огромного объема пород при отработке угольных пластов с полной посадкой кровли в очистных выработках было деформировано с нарушением сплошности и повышением проницаемости более 600 км³ породного массива. Как следствие этого на 50% площади угледобывающего региона (8 000 км²) произошло проседание дневной поверхности в среднем на 1,5—2,0 м с одновременным увеличением проницаемости пород и ростом уязвимости подземных вод вследствие усиления их взаимодействия с загрязненными поверхностными водами. В современных условиях добыча угля сопровождается значительным объемом водоотлива из шахт, суммарная величина которого достигает 25 м³/с (777,6 • 10⁶м³/год), что в 3—5 раз превышает объем природных водных ресурсов региона (результат многократного поступления речных вод в зоны шахтного дренирования). При средней минерализации шахтных вод 3,0 кг/м³ солевынос составляет 2,4 млн т/год.
Пространственное развитие загрязнения подземной гидросферы под влиянием жидких и твердых отходов проявляется в виде макро- и микрокомпонентного повышения минерализации подземных вод. Это обусловлено усилением фильтрации техногенных загрязняющих веществ как из поверхностных накопителей твердых и жидких отходов, так и зон воздействия геохимического загрязнения почв и грунтов.
Как показал выполненный анализ результатов многолетнего экологического мониторинга, вследствие увеличения техногенной нагрузки на гидросферу и повышенной уязвимости геологической среды имело место развитие значительного числа очагов загрязнения подземных вод (несколько десятков). В результате этого за последние 30 лет минерализация их возросла от 0,5—1,0 до 1,5—3,0 г/дм³ и более. При этом площадь развития пресных подземных вод (солесодержание до 1,0 г/дм³) сократилась в 4 раза, а воды с повышенной минерализацией (1,5—3,0 г/дм³) установлены на 83% рассматриваемой территории. Техногенная активность тепло- и водопереноса в зоне аэрации при сокращении ее мощности становится важным фактором роста уязвимости подземной гидросферы и ускорения миграции загрязняющих веществ в грунтовые и напорные горизонты.
Дополнительными региональными эколого-гидрогеологическими следствиями влияния жидких и твердых отходов на качество поверхностных и подземных вод в условиях шахтного водообмена в пределах горнопромышленных районов Донбасса также являются:
• региональное ухудшение гидрогеохимических условий за счет смешения поверхностных и подземных вод;
• прирост их минерализации вследствие выщелачивания солей из пород и поровых растворов;
• рост уязвимости подземных вод под действием техногенных факторов вследствие снижения мощности зоны аэрации, роста проницаемости породного массива и увеличения глубины инфильтрации техногенных загрязняющих веществ.
Эколого-гидрогеологическое влияние мест складирования жидких и твердых отходов в пределах Донбасса значительно осложнено вследствие крайне разнонаправленного и многофакторного воздействия, вызванного массовым закрытием шахт. Особо следует отметить региональное влияние принципиальных изменений природных гидрогеофильтрационных систем, находившихся ранее в равновесном состоянии в границах «водораздел (область питания) — склоны речных долин (область транзита) — пойменно-русловые зоны рек (область разгрузки)». В большинстве случаев фильтрация из рек идет в режиме «дождевания», то есть реки имеют «подвешенный характер» над шахтными полями и являются главным механизмом перераспределения загрязненных и минерализованных шахтных вод и их многократного поступления в зону формирования шахтного водопритока.
В связи с этим физической основой региональной модели формирования качества подземных вод на современном этапе должен быть учет автореабилитационной способности уровней подземных вод к восстановлению своего природно-исторического положения в системе «водораздел — пойменно-русловая зона» на основе использования ГИС-технологий, а также установления объектов загрязнения, в том числе мест складирования твердых и жидких отходов и терриконов. В этой связи выполненные нами прогнозные оценки с применением ГИС показали, что в случае предельного подъема уровней подземных вод при так называемой «мокрой» консервации (полном затоплении) часть территории — от 20 до 50% — в границах горнопромышленных районов (именно в районе накопителей промышленных отходов) может оказаться подтопленной и заболоченной, т. е. характеризоваться максимальной уязвимостью подземных вод. Кроме того, при подтоплении и затоплении территорий резко увеличивается интенсивность растворения техногенных загрязняющих веществ в почвах и подстилающих грунтах (места складирования твердых и жидких отходов, промплощадки и др.), что не только повышает риск загрязнения поверхностных и подземных водозаборов и гидросферы в целом, но также способствует расширению существующих и возникновению новых зон агрессивности грунтовых вод и грунтов в пределах промышленно-городских агломераций. А это, в свою очередь, будет способствовать повышению подвижности загрязняющих веществ и их активному поступлению в поверхностные и подземные воды, корнеобитаемый слой грунтов на прилегающих аграрных ландшафтах.
Предварительные оценки показывают, что на данных территориях велик риск проявления синергетического эффекта ухудшения эколого-геологических условий в целом: подтопление — деградация грунтов (почв) — усиление миграции геохимических загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, что может привести к необратимым катастрофическим экологическим последствиям. Особенно высок риск загрязнения поверхностных и подземных водозаборов хозяйственно-питьевого водоснабжения, что очень важно, учитывая общую ограниченность ресурсов и эксплуатационных запасов подземных вод в регионе.
Как показывают результаты предварительной оценки возможного влияния подтопления участков грунтов г. Донецка, загрязненных ртутью, около 40% его площади (юго-западная часть) может быть зоной резкого усложнения эколого-геохимических условий (повышение агрессивности грунтов и грунтовых вод к металлическим и железобетонным подземным конструкциям, рост уровня загрязненности местных поверхностных и подземных водных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения, ухудшение качества пищевой цепи).
Проблема активизации миграционной способности техногенных геохимических веществ, загрязняющих грунты, является относительно новой. Однако комплексность и масштабность проявления загрязнения при региональном подъеме уровней и росте уязвимости подземных вод, вызванных массовым закрытием шахт, не вызывает сомнений в связи с высокой степенью загрязненности почв в Донбассе и устойчивым расширением площадей их подтопления в перспективе.
Таким образом, ведущим процессом формирования современных эколого-гидрогеологических условий Донбасса является долговременная дестабилизация режима уровней (вследствие их регионального подъема при закрытии шахт) и химического состава подземных вод, а также геохимического загрязнения ландшафтов и грунтовых водоносных горизонтов в зонах влияния накопителей жидких и твердых отходов, в том числе терриконов.
В дальнейшем социально-экономическая и техногенно-экологическая безопасность развития Донбасса как базового углепромышленного региона Украины в значительной мере, на наш взгляд, может быть связана с необходимостью прогноза (на базе использования ГИС-технологий) ухудшения эколого-гидрогеологических условий в процессе увеличения числа закрытых шахт, прежде всего по схеме «мокрой» консервации (полного затопления). Важность данных прогнозов, на наш взгляд, заключается в том, что рассматриваемые техногенные и природно-техногенные изменения геологической среды часто имеют необратимый характер и даже при незначительном проявлении могут приводить к катастрофическим последствиям.

Yakovlev E. A., Institute of National Security Problems, Kyiv, Ukraine
Slyadnev V. A., Institute of Geological Sciences, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine

The paper examines the impact of coal-mining waste on groundwater quality and trends in the process of mine closure. It demonstrates that the reduction of water-outflow and shrinkage of areas with low groundwater levels lead to the increased sensitivity of groundwater sources to technogenic impacts, and cause higher groundwater entropy in the locations of waste disposal areas.
The paper outlines a proposed improved methodology for assessing and forecasting groundwater sensitivity as a function that provides a link between natural safety of groundwater resources and technogenic loading on the geological environment in the conditions of auto-restoration and elevation of groundwater levels that occur during mine closure.

Главная страница

Сведения об авторах

Яковлев Евгений Александрович, д-р техн. наук, гл. науч. сотр., Институт проблем национальной безопасности Совета национальной безопасности и обороны Украины, Чоколовский бул., 13, Киев, 03186, Украина. Тел. (044) 245-88-67. E-mail
Сляднев Валерий Александрович, канд. геол. наук, ст. науч. сотр., отдел геологии полезных ископаемых, Институт геологических наук НАН Украины, ул. Олеся Гончара, 55Б, Киев, 01054, Украина Тел. (044) 238-19-34

Последние изменения внесены 12.07.07