Разработка комплекса природоохранных мероприятий в зоне ликвидированных шахт Восточного Донбасса Текст научной статьи по специальности «Геология»

Научная статья на тему 'Разработка комплекса природоохранных мероприятий в зоне ликвидированных шахт Восточного Донбасса' по специальности 'Геология' Читать статью
Pdf скачать pdf Quote цитировать Review рецензии ВАК
Авторы
Коды
  • ГРНТИ: 38 — Геология
  • ВАК РФ: 25.00.11; 25.00.12
  • УДK: 55
  • Указанные автором: УДК: 504.06 (06)

Статистика по статье
  • 103
    читатели
  • 27
    скачивания
  • 0
    в избранном
  • 0
    соц.сети

Ключевые слова
  • ФАКТОРЫ ТЕХНОГЕННЫЕ
  • ШАХТЫ ЛИКВИДИРОВАННЫЕ
  • ВОДЫ ШАХТНЫЕ
  • ПОДТОПЛЕНИЕ

Аннотация
научной статьи
по геологии, автор научной работы — Легостаев С. О.

Рассматриваются возможные меры по обеспечению гидрогеологической безопасности на территориях городской застройки, подверженных процессам подтопления после прекращения работы горнодобыающих предприятий.

Научная статья по специальности "Геология" из научного журнала "Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал)", Легостаев С. О.

 
Читайте также
Рецензии [0]

Текст
научной работы
на тему "Разработка комплекса природоохранных мероприятий в зоне ликвидированных шахт Восточного Донбасса". Научная статья по специальности "Геология"

---------------------------------------------- © С.О. Легостаев, 2011
УДК 504.06 (06)
С. О. Легостаев
РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ПРИРОДООХРАННЫХ МЕРОПРИЯТИЙ В ЗОНЕ ЛИКВИДИРОВАННЫХ ШАХТ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА
Рассматриваются возможные меры по обеспечению гидрогеологической безопасности на территориях городской застройки, подверженных процессам подтопления после прекращения работы горнодобыающих предприятий.
Ключевые слова: факторы техногенные, шахты ликвидированные, воды шахтные, подтопление.
До начала закрытия и ликвидации убыточных бесперспективных угледобывающих предприятий по Государственной программе реструктуризации угледобывающей отрасли в Шахтинском угольном районе функционировало четыре акционерных общества: ОАО «Ростовуголь», ОАО «Гуковуголь», АО «Шахта «Обуховская»», ОАО «Шахтуголь». Несмотря на отмечаемые существенные изменения природно-техногенной системы, сложившейся в зонах работы угольных шахт, она находилась в состоянии относительного экологического равновесия. Начавшаяся ликвидация в рамках вывода на безубыточный уровень работы большинства шахт Восточного Донбасса (на примере ОАО «Ростовуголь») в 1995 — 2004 годах вызвала новое кардинальное изменение окружающей среды.
По состоянию на 01.01.2002 г. ликвидационные работы в Восточном Донбассе велись на 42 шахтах, в том числе в ОАО «Ростовуголь» — на 17 шахтах, ОАО «Гуковуголь» — 9, ОАО «Шахтуголь» — 15, АО «Шахта «Обуховская»» — на одной.
Технические ликвидационные мероприятия и вызванные ими процессы природно-техногенного характера охватили весьма значительные территории в угледобывающем бассейне, в пределы которых входят города и шахтёрские посёлки. Проявляющиеся при этом негативные экологические последствия приобрели особую значимость, в частности:
• увеличение трещиноватости горных пород, и как следствие, снижение их прочностных характеристик, породный массив имеет межслоевые расслоения, зависания горных пород во фланговых частях горных выработок и крупные подземные пустоты в очистных выработках на малых глубинах;
• массив горных пород имеет значительное количество подготовительных и капитальных наклонных и вертикальных горных выработок, погашенных в разное время и с различной степенью удовлетворительности, причем в ряде случаев отсутствуют архивные данные о технологии их погашения;
• резко увеличилось количество аэро-гидравлических связей выработанного пространства с действующими горными предприятиями и земной поверхностью;
• изменилась гидродинамическая структура подземных вод, образовались локальные и общие депрессионные воронки;
• произошли значительные оседания подработанной толщи горных пород, величины которых различны по площади;
• промышленные и гражданские здания и сооружения в зависимости от срока службы оказались многократно подработаны, получили повреждения, несущие строительные конструкции получили напряженно-деформированное состояние;
Ликвидация угольных шахт путем полного затопления подземных горных выработок и выработанного пространства (так называемый «мокрый способ») привела к резкому и не всегда прогнозируемому подъёму уровня подземных вод. Обводнённость подземных горных выработок различных шахт варьируется в широком диапазоне и связана в основном с открытостью кайнозойских и каменноугольных отложений. Областями питания подземных вод являются многочисленные выходы на земную поверхность дислоцированных трещиноватых каменноугольных пород. Подземные воды разгружаются на более низких отметках, чем в области питания.
Водоносные горизонты верхнечетвертичных и современных аллювиальноделювиальных отложений распространены в долинах рек Грушевка, Аюта, Атюхта в пределах пойменной и двух надпойменных террас. В верховьях рек водовмещающие породы аллювия залегают непосредственно на породах карбона, при этом нижние горизонты аллювия часто вмещают крупно- и мелко обломочный материал, нередко дресвянощебенистой фракции из подстилающих пород. В среднем и нижнем течении рек Грушевка, Аюта, Атюхта и в низовьях
крупных балок аллювий подстилается породами неогена и палеогена. Суммарная мощность водоносного горизонта колеблется от 9 до 11 м при глубине их залегания от 1 до 12 метров. Водо-обильность этих горизонтов невысокая, минерализация варьируется от пресных в верховьях рек до солоноватых хло-ридно-натриевых в устьевой части. Питание горизонтов осуществляется как за счет инфильтрующихся атмосферных осадков и паводковых вод, так и за счет разгрузки вод каменноугольных отложений. Водоносный комплекс элювиальных отложений по крутым склонам долин рек и балок представлен палеогеновыми песками, известняками и песчаниками. Состав вод изменяется от гидрокарбонатных магниево-кальциевых до хлоридно- натриевых с минерализацией 0,32—4,0 г/л.
Подземные воды первого от поверхности водоносного горизонта, в частности, в долинах рек, практически не защищены от поступления загрязняющих веществ с поверхности.
В южной части территории Восточного Донбасса обводнённости горных выработок способствуют горные породы неогенового возраста, залегающие выше угленосных отложений.
Скорость подъёма уровней воды в выработках ликвидированных шахт различных угольных районов Восточного Донбасса колеблется от 0,15 до 12,5 м в месяц. Так, в Новошахтинском угольном районе с момента закрытия ряда шахт и по состоянию на 01.01.2002 г. суммарный подъём уровня воды в них составил 140—150 м. Этот процесс осложнил гидрогеологическую обстановку на действующих шахтах, так как привел к увеличению в них водопритоков. Например, в результате прекращения работы водоотливов на шахте «имени Красина» значительно увеличился приток шахт-
ной воды на действующих на тот момент времени шахтах «Южная» и «Аю-тинская».
Все подземные горные выработки шахт Шахтинского района расположены в пределах Грушевской части Несвета-евско — Шахтинской синклинали. Существовавшая в течение первой половины ХХ века система отработки угольных пластов в Шахтинском угольном регионе предусматривала наличие аэрогид-равлической связи и общих подземных горных выработок между соседними шахтами по причине отсутствия собственного водоотлива у большинства шахт. Затопление сети подземных горных выработок угольной шахты «Глубокая» («Артем-2»), начавшееся в 1997 году, расположенной под северной частью города Шахты и аккумулирующей воду из всех шахт Шахтинского угольного района оказало существенное влияние на рудничную атмосферу и водный баланс горных выработок всех ранее ликвидированных шахт привело к резкому увеличению водопритока в действующую на тот момент времени шахту «имени Октябрьской Революции», имеющую с шахтой «Глубокая» прямую гидравлическую связь на горизонте -220 м. и шахту «имени М.П. Чиха» («Ок-тябрьская-Южная») компании «Уголь-ЗУМК». [2]
В случае непринятия необходимых технических мер после отработки запасов на шахте «Октябрьская» и ее физической ликвидации, после полного затопления всех гидравлически связанных угольных шахт начался бы резкий подъем уровня подземных вод, с ориентировочной скоростью 0,6 м/сут. В дальнейшем подъем воды до уровня самоизлива на земную поверхность (отметка +46 м) создал угрозу подтоплению 100 га территории городской застройки, подъему уровня грунтовых вод практически на
всей территории города Шахты, активизации почвенно-эрозионных процессов, возникновению процесса засоления почвенного слоя.
Неоднократно рассматривался вопрос определения вероятных мест выхода шахтных вод при условии неконтролируемого выпуска после затопления горных выработок шахт «имени Октябрьской Революции» и «Глубокая». При этом рассматривались понижения рельефа в широком диапазоне высотных отметок от +40 до +90 м, что подразумевает создание значительной (до 40—50 м) величины гидравлического напора. В таких же широких пределах оценивается и величина возможного объема воды, выходящей после затопления выработок
— от 600 до 1200 м3/час. Наиболее вероятной величиной является 650 — 700 м3/час.
При условии выхода шахтных вод на земную поверхность в первую очередь будут подпотлены пойменные отложения и основание водораздельного склона реки Грушевка на участке примыкающих к руслу улиц: Твардовского, Набережная, Нагорная, Автомобильная; переулков: Межевой, Ярославский, Род-ничковый, Юфимцева с абсолютными отметками земной поверхности +46,0 — +51,0 м. Суммарная площадь участка предполагаемого выхода шахтной воды
на земную поверхность составляет 135
2
тыс. м .
Для предотвращения этих негативных техногенных последствий было принято решение о сооружении водоотливного комплекса на шахте «Г лубокая» на вспомогательном стволе (с подземным размещением насосной камеры), обеспечивающий откачку шахтных вод в объеме более 1600 м3/час с целью поддержания уровня затопления на проектных отметке —231—232 м, которое в настоящее время реализовано. [3] Па-
раллельно с вводом в эксплуатацию водоотливного комплекса шахты «Глубокая» предполагалось пробурить с поверхности несколько сосредоточенных водовыпускных скважин на поле шахты «имени Октябрьской Революции» с очисткой шахтных вод на очистных сооружениях. В течение десяти месяцев 2002 года водоприток по данным службы водоотливного комплекса шахты «Глубокая» изменялся в пределах от 1190 м3/час до 1503 м3/час, в декабре 2002 года он увеличился до 1800 м3/час, в данный момент времени он составляет 2100—2400 м3/час, что является следствем воздействия погодно
— сезонного фактора. В периоды паводков при одновременной работе только двух погружных насосов фактическое поступление воды в камеры-гасители значительно превышает проектное, что затрудняет работу насосных установок.
Подтопление пониженных или осевших под влиянием подземных горных работ участков рельефа земной поверхности в черте городской застройки наблюдается на многих земельных отводах ликвидированных угольных шахт, инструментальные замеры положения уровня затопления регулярно проводятся с августа 1998 г. Колебания уровня затопления не превышают 1 метр в обе стороны (повышение-понижение). Контроль уровня затопления проводится по фланговому вентиляционному стволу № 1 и шурфу № 21 бывшей шахты «имени Артема», находящихся на расстоянии 3,2 и 4,6 км соответственно от вспомогательного ствола шахты «Глубокая». Превышение уровней затопления по вентиляционному стволу № 1 и шурфу № 21 относительно уровня затопления вспомогательного ствола колеблется в пределах 0,5—0,6 м. Это связано с образованием депрессионной воронки и естественным уклоном.
Наиболее динамично процесс подтопления протекает на территории посёлков шахт «имени Октябрьской Революции», «имени Красина», «Ново — Азов-ка», наблюдается заболачивание местности. Скорость подъема грунтовых вод достигает 0,3—1,0 м/год. Появилась и сохраняется длительное время возможность подтопления при выходе на дневную поверхность агрессивными водами шахты «имени Красина», «Наклонная», «Мирная», поселка шахты «имени Фрунзе», территории хутора Красный и прируслового побережья реки Грушевки. На данном этапе выделяются 4 основных пояса подтопления территории городской застройки:
• 1-й пояс — площадь 17,1 км2. В него входит центральная часть города Шахты, включающая большинство объектов социально-бытовой инфраструктуры (городской парк культуры и отдыха, комплекс городской больницы, улицы: Шевченко, Советская, Ленина, Рабоче-Крестьянская, Садовая, проспект Красной Армии, Клименко и др.), поселки: Ново-Азовка (улицы: Цуканова, Смидовича, Промышленная, Куйбышева и др.), западная часть поселка ХБК;
• 2-й пояс — площадь 12,8 км2. Северо-восточная часть города Шахты (восточная часть бывшего Артемовского района г. Шахты). Поселки: Власовка, Дуваново, Горняк, Сидоровка, Первомайский. Рабочий, Подковный. Наблюдается выход шахтных вод на земную поверхность, заиливание русел балок: Шахтерская, Футбольная, реки Када-мовка, частичное затопление подвальных помещений жилых построек, промышленных объектов и коммуникаций, а также сельскохозяйственных угодий, расположенных в пониженных частях рельефа земной поверхности. Возможно загрязнение колодцев, вывод земель из хозяйственного использования, ухудше-
ние условий обитания диких животных, растений;
• 3-й пояс — площадь 10,3 км2. Объекты жилой застройки поселков Попов-ка, имени Г агарина, шахты «имени Красина», микрорайон «Новостройка». Наблюдается выход шахтных вод на поверхность, площадь участков заболачивания составляет около 1,5 км2;
• 4-й пояс — площадь 5,8 км2. Затоп-
ление подвальных помещений жилых построек поселков шахт: «Южная»,
«Нежданная» (улицы: Щербакова, Дачная, Ползунова, Шурфовая, Достоевского; переулки: Ольминского, Циолковского, Жуковского и др.). Наблюдается выход шахтных на земную поверхность в районе устья шурфа № 3 шахты «Южная» (вероятно, за счет водопритоков шахты «имени Красина»).
Суммарная площадь поясов подтопления с прилегающими потенциально опасными по подтоплению участками земной поверхности составляет 46,0 км2 (около трети от всей территории города Шахты). [1]
Методика прогноза подтопления участков земной поверхности основывается на анализе гидрогеологической ситуации, сложившейся на окончательном этапе эксплуатации горного предприятия. Изучаются и анализируются следующие данные:
• колебания уровня шахтных вод;
• изменчивость условий обводненности горных выработок под участками с минимальными отметками земной поверхности, где возможен выход шахтных вод;
• глубина залегания грунтовых вод по данным замеров при детальном гидрогеологическом обследовании шахтного поля;
• водность года и сезон, к которому приурочены замеры уровней вод для оценки масштабов подтопления
• сведения о расстояниях между выработками затапливаемой шахты и близлежащими водоемами.
Наиболее сложным вопросом в проектах ликвидации шахт и их реализации является соблюдение условий гидрогеологической безопасности работы соседних шахт и предотвращение процессов подтопления и заболачивания территорий земной поверхности.
По сложности решаемых гидрогеологических задач при затоплении выработок выделяются две категории шахт:
• одиночные, обособленно расположенные шахты;
• шахты, соседствующие с эксплуатируемыми шахтами.
Для первой категории шахт первостепенной является задача предотвращения подтопления (заболачивания) земной поверхности. Более сложное положение возникает для закрываемых шахт второй категории. В этом случае должно быть одновременно обеспечена безопасность работ в действующих шахтах и недопущение подтопления территорий.
Анализ гидрогеологческой ситуации указывает, что наличие аэрогидравличе-ских связей ликвидированной шахты с эксплуатируемой может потребовать ввода в эксплуатацию новых водоотливных комплексов как на ликвидированных, так и на эксплуатируемых шахтах. Ситуация осложняется тем, что в ряде случаев точность гидрогеологического прогноза снижается из-за отсутствия достоверных данных об объемах выработанного пространства, величине водопритока в выработки, сведения о гидравлических связях между шахтами, данные о горнотехнических показателях.
В зависимости от конечных результатов гидрогеологического прогноза в проектах ликвидации угольных шахт и проектах по инженерной защите участков земной поверхности от подтоп-
ления могут быть применены следующие инженерные решения:
• восстановление ликвидируемой шахты и перевод ее в режим водоотлива;
1. Чернобай И.И., Матушкин С.Д. Гидродинамика подземных вод в г. Шахты. Промышленная и экологическая безопасность: Сборник научных трудов / Донское отделение Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности; Шахтинский институт ЮРГТУ, Ростов-на-Дону: Издательство НМЦ «Логос», 2003. — С. 65—71.
• строительство новых и расширение действующих водоотливных комплексов на смежных действующих шахтах;
• организация дренажа на подтопляемых территориях ликвидированных шахт, где имеется выход шахтных вод на земную поверхность.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Зайденварг В.Е., Навитний А.М., Твердо-хлебов В.Ф. Гидрогеологические аспекты ликвидации шахт в России // Уголь. — 1999. — №12. — С. 28—30.
3. Навитний А.М., Петров А.Н., Твердохле-бов В.Ф. Опыт предотвращения негативных экологических последствий при ликвидации угольных шахт и разрезов // Уголь. — 2003. — № 3. —С. 15—16. ЕШ
Коротко об авторе
Легостаев С. О. — горный инженер, аспирант Шахтинского института Южно-Российского государственного технического университета, ассистент кафедры «Подземное, промышленное, гражданское строительство и строительные материалы», г. Шахты, Россия, е-таП: stas_legostaev@mail.ru
й
----------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ЛАБУКИН Сергей Николаевич Исследование и разработка способа обнаружения ранней стадии самовозгорания угля в выработанном пространстве угольных шахт 05.26.03 к.т.н.

читать описание
Star side в избранное
скачать
цитировать
наверх