Научная статья на тему 'Детехногенезация отвалов ликвидированных шахт с учетом геодинамических условий'

Детехногенезация отвалов ликвидированных шахт с учетом геодинамических условий Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
179
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АНТРОПОГЕНЕЗ / ШАХТЫ / ДЕТЕХНОГЕНЕЗАЦИЯ / ОТВАЛЫ / ГЕОДИНАМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ / GEODYNAMIC CONDITIONS / DETECHNOGENISATION / ANTHROPOGENY / MINES / SAILINGS

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Каплунов Валентин Юрьевич

До начала ликвидации шахт на территориях в угольных регионах России сформировались неблагоприятные антропогенные условия. Основным негативным фактором, оказывающим влияние на окружающую среду, определено отвалообразование. В ходе ликвидации угольных производств требуется деатехногенезация отвалов. При этом необходим учет геодинамических условий окружающей их среды.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Каплунов Валентин Юрьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Detechnogenisation sailings of the liquidated ines taking into account geodynamic conditions

Prior to the beginning of liquidation of mines in territories in coal regions of Russia adverse anthropogenous conditions were generated. The basic negative factor influencing environment, it is defined slag-heap formation. During liquidation of coal manufactures it is required detechnogenisation sailings. The account of geodynamic conditions of environment surrounding them is thus necessary. A seminar № 12.

Текст научной работы на тему «Детехногенезация отвалов ликвидированных шахт с учетом геодинамических условий»

© В.Ю. Каплунов, 2013

УДК 577.4:622.882 В.Ю. Каплунов

ДЕТЕХНОГЕНЕЗАЦИЯ ОТВАЛОВ ЛИКВИДИРОВАННЫХ ШАХТ С УЧЕТОМ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ*

До начала ликвидации шахт на территориях в угольных регионах России сформировались неблагоприятные антропогенные условия. Основным негативным фактором, оказывающим влияние на окружающую среду, определено отвалообразо-вание. В ходе ликвидации угольных производств требуется деатехногенезация отвалов. При этом необходим учет геодинамических условий окружающей их среды. Ключевые слова: антропогенез, шахты, детехногенезация, отвалы, геодинамические условия

Ликвидация шахт осуществлялась в основном методом затопления по программе реструктуризации угольной промышленности (начата в 1993 г.). К настоящему времени они полностью закрыты, в основном завершены работы по ликвидации горных выработок и ведутся работы по устранению ранее накопленных негативных экологических последствий на 188 шахтах.

На основе утвержденных 118 проектов ликвидации 203 технических единиц разрабатываются, утверждаются и реализуются рабочие проекты.

В принятых документах, регламентирующих вопросы охраны окружающей среды применительно к процессу реструктуризации практически не применяется терминология в контексте антропо- и техногенеза, что не вполне корректно. Использование в разработках терминов и определений в контексте «ликвидации экологических последствий закрытия шахт и разрезов» предполагает необходимость оперировать оценками и дан-

ными именно об экологических следствиях процесса закрытия угольных предприятий. При этом, по сути, могут возникнуть ложные объекты и субъекты для исследовательских работ, так как комплекс запланированных мер и природоохранных работ в основном связан с деятельностью по ликвидации «старых» накопленных антропогенных отходов.

Анализ складывающейся экологической ситуации свидетельствует о неоднозначности влияния ранее накопленных антропогенных отходов на среду районов в процессе массового закрытия угледобывающих предприятий. Поэтому, представляются актуальными исследования и методические рекомендации, связанные комплексными оценками техногенного влияния отвалов на состояние окружающей среды по всем угольным регионам России. Только после этого возможно научно обоснованно разработать и предложить эффективные меры по детехно-генезации отвалов и санации территорий в угольных бассейнах и регионах.

* Выполнено в рамках реализации госконтракта ФЦП «Научные и педагогические кадры инновационной России» на 2009-2010годы, ГК №П1406.

В ходе полевых исследований (2010 г.) выявлена следующая особенность.

С одной стороны (статическое состояние), после прекращения производственной деятельности и остановки технологических процессов, ликвидированы стационарные и передвижные антропогенные источники. А значит и масштабные негативного влияния на окружающую среду. При этом выведены из оборота источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с вентиляционными потоками, а также сбросов таких веществ в водные объекты; прекращено изъятие из землепользования и нарушение земель, а также выдача и размещение в породных отвалах вскрышных (вмещающих) пород; сокращено влияние отрицательных факторов горного хозяйства на окружающую среду. Все это обусловило установления статуса «кво» по техногенным нагрузкам, но не более этого.

С другой стороны (динамическое состояние), техногенные нагрузки, в силу динамических трансформаций ранее образованных отходов, сохраняют негативный потенциал из-за оставленных нарушенных и деградированных земель, накопленных твердых и жидких отходов, горящих террико-ников, и самоизливов с них на прилегающие территории и в водные объекты. Уже в ходе работ по ликвидации экологических последствий установлено проявление и влияние на среду в районе шахт вторичных техногенных факторов.

Такой тип техногенеза — следствие изначальных негативных гидрогеологических трансформаций и обусловленных ими разрушений, имеющих геодинамическую природу.

К моменту закрытия шахт не было выполнено необходимых и достаточных работ по локализации, нейтрализации и ликвидации экологических нарушений и трансформаций для обеспечения норм и требований согласно Федерального закона об охране окружающей среды.

Именно из-за оставленных к моменту закрытия шахт остаточных антропогенных объемов и объектов (в том числе химически активных), активировались техногенные реакции. Такие реакции оказались возможными, в основном, вследствие проницаемости породных массивов и изменения характера нагрузок на компоненты природной среды.

По ряду причин, закрытие шахт и разрезов методом затопления сопровождается возникновением нетипичных проявлений и процессов в при-родно-техногенной среде, которых не было в период эксплуатации угольных месторождений. Установлено, что влияние объектов поверхностного и подземного комплекса закрытых шахт имеет геоэкологическую природу, ландшафтные изменении происходит в ходе геохимических трансформаций почвы и геологической среды. Единицы трансформации — «трансформы», характеризует форму преобразования в зависимости от факторов воздействия на гео-объекты и возникающих при этом последствий (реакций).

Масштабы трансформации определяются качественно количественными характеристиками преобразований. Для их определения необходима разработка формата, характеризующего факторы негативного воздействия на окружающую среду ликвидированных убыточных шахт и других предприятий угольной отрасли.

Проблемные направления обусловлены факторами негативного воздействия на природную среду (основные факторы представлены в следующей таблице [1, 2, 3] — с дополнениями.

При многообразии факторов влияния на компоненты окружающей природной среды (что следует из вышеприведенной таблицы), основные отрицательные проявления обусловлены техногенезом отвалообразования и динамикой трансформаций отвалов.

На момент начала реструктуризации ежегодное образование твердых отходов добычи и переработки угля (сланца)составляло порядка 900 млн.м3. Большую часть из этого объема составляли вскрышные (вмещающие) породы. Использовалось только около 440 млн.м . При этом наибольшие объемы вскрышных пород и отходов обогащения образовывались на предприятиях Кузбасса — 46 % от общеотраслевого показателя.

По нашим оценкам, к настоящему времени накоплено и заскладировано в отвалы порядка 15 млрд т твердых отходов.

Результаты предварительного исследования состояния объектов (прямой и косвенный учет), анализ основных показателей характеризующих их негативные воздействия на окружающую среду позволили сделать вывод о наибольшем техногенезе от породных масс отвалов (террикоников).

Изучение литературных источников, научных отчетов и другой профессиональной информации показало, что к настоящему времени все имеющиеся разработки были связаны в целом с:

— экологизацией угольного производства;

— реализацией природоохранных мер, а так же мероприятий по ликви-

дации экологических последствий по условиям закрытия шахт и разрезов.

Тематический поиск работ по вопросам детехногенезации показал (включая Интернет поиск), что в таком направлении работ не проводилось.

Отходы производства осложняют экологическую обстановку в районах размещения шахт, разрезов и обогатительных фабрик, отрицательно влияют на экономические показатели работы угольных предприятий в связи со значительными затратами на их сбор, размещение и хранение.

Неиспользуемые отходы занимают значительные территории и представляют собой источники негативного воздействия на окружающую среду. Опасность этих источников многократно возрастает в случае их самовозгорания. Одним из главных направлений снижения отрицательного воздействия угольной отрасли на окружающую среду и повышения уровня природопользования является использование отходов производства и потребления.

Из-за комплексного типа воздействия техногенных факторов отвалов на компоненты окружающей среды (подземные и поверхностные воды, земную поверхность, атмосферный воздух) происходит концентрирование потоков веществ с негативными проявлениями в пространствах подземной и поверхностной среды. Из-за отсутствия биологически активных буферных барьеров для таких потоков, возможно их переформирование с последующей разгрузкой загрязняющих веществ в окружающую природную среду. В результате возможны непрогнозируемые качественные изменения состава подземных вод вследствие их загрязнения, сдвижения породных массивов.

Таблица 1

Основной формат факторов негативного воздействия на окружающую природную среду ликвидируемых нерентабельных предприятий угольной промышленности

Факторы негативного воздействия на окружающую среду ликвидируемых предприятий Элементы окружающей природной среды - объекты негативного воздействия Характер негативного экологического воздействия и виды нарушений и загрязнений окружающей природной среды Оценка влияния породных масс отвалов <+)-Да (-)- Нет Интегральные факторы, отражающие негативные экологические последствия ликвидации предприятий

1. Прекращение производственной деятельности закрываемых угольных шахт Природный ландшафт Образование техногенного ландшафта, выведенные из эксплуатации и неиспользуемые промпло-щадки, подъездные железнодорожные пути, технологические автодороги, ЛЭП, линии связи, трубопроводы, производственные здания и сооружения + Экологический, ухудшение общее экологической ситуации в районе закрываемой шахты Социальный — ухудшение среды обитания, условий жизни, труда и отдыха населения. Экономический — затраты на снос зданий и сооружений, ликвидацию коммуникаций, рекультивацию территории, восстановление природного ландшафта

Подземные воды Проникновение в водоносные горизонты шахтных вод, загрязненных минеральными солями, нефтепродуктами, фенолами, железом, микроэлементами, бактериями и микроорганизмами, загрязнение подземных источников хозяйствен-но-питьевого водоснабжения + Экологический — загрязнение подземных вод, которые могут быть использованы в будущем в народнохозяйственных целях. Социальный — ухудшение качества питьевой воды из подземных водозаборов. Экономический — затраты на доочист-ку питьевой воды, поиск и освоение новых источников хозяйственно-питьевого водоснабжения

Продолжение табл. 1

Факторы негативного воздействия на окружающую среду ликвидируемых предприятий Элементы окружающей природной среды - объекты негативного воздействия Характер негативного экологического воздействия и виды нарушений и загрязнений окружающей природной среды Оценка влияния породных масс отвалов <+)-Да (-)- Нет Интегральные факторы, отражающие негативные экологические последствия ликвидации предприятий

2. Затопление горных выработок и выработанного пространства шахт Поверхностные воды Свободные изливы на поверхность шахтных вод, загрязненных минеральными солями, нефтепродуктами, фенолами, железом, микроэлементами, бактериями и микроорганизмами, загрязнение воды, русел и берегов природных водотоков и водоемов при их сбросе, подавление флоры и фауны + Экологический — ухудшение качества воды в природных водотоках и водоемах хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйтвенного назначения. Социальный — ухудшение качества литьевой воды из поверхностных водозаборов, снижение рыбохозяйетвенной ценности водотоков и водоемов, ухудшение условий отдыха населения. Экономический — затраты на очистку изливающихся шахтных вод, доочистку питьевой воды из поверхностных водозаборов

Земная поверхность Сдвижение земной поверхности, образование прогибов, просадок, провалов, разрушение зданий и сооружений, дорог, трубопроводов, ЛЭП и линий связи и других объектов, подтопление и заболачивание подработанной территории + Экологический — ухудшение ландшафта и обшей экологической ситуации. Социальный — ухудшение жизненных условий, снижение урожайности сельскохозяйственных культур, гибель лесов. Экономический — затраты на ремонт, снос и новое строительство промышленных и гражданских объектов, засыпку прогибов, просадок, провалов, планировку и рекультивацию нарушенных территорий, предупреждение и ликвидацию подтопления и заболачивания территорий

Атмосферный воздух Вытеснение метана и других вредных газов из угольного массива, затапливаемых горных выработок и выработанного пространства, выход газов на поверхность, скопление в колошах, подвалах производственных и жилых зданий и помещений + Экологический — загрязнение атмосферного воздуха, воздействие на озоновый слой и создание парникового эффекта Социальный — угроза взрывов и отравления населения, неблагоприятное влияние на здоровье населения Экономический — затраты на организацию мониторинга и проведение профилактических и защитных мероприятий

Ландшафт. Земельные ресурсы Изъятие из землепользования значительных территорий, образование техногенного ландшафта + Экологический - загрязнение прилегающей территории токсичными веществами через поверхностные стоки и атмосферу. Социальный - ухудшение качества среды обитания, неблагоприятное воздействие на здоровье населения. Экономический - затраты на разработку и ликвидацию накопителей, рекультивацию занимаемой ими и окружающей территории, восстановление природного ландшафта

3. Накопители отходов (породные отвалы, открытые угольные склады, шламо-и илона- копители, отстойники и техногенные водоемы) Атмосферный воздух Образование и выделение пыли и газообразных вредных веществ (оксидов серы, азота, углерода, углеводорода, сероводорода, бен-зпирена и др.), особенно при самовозгорании накопителей отходов + Экологический - загрязнение атмосферного воздуха, в том числе в близлежащих населенных пунктах Социальный - ухудшение жизненных условий, неблагоприятное воздействие на здоровье населения Экономический - затраты на проведение профилактических мероприятий и тушение горящих накопителей отходов

ел Окончание табл. 1

О! _

Факторы негативного воздействия на окружающую среду ликвидируемых предприятий Элементы окружающей природной среды - объекты негативного воздействия Характер негативного экологического воздействия и виды нарушений и загрязнений окружающей природной среды Оценка влияния породных масс отвалов <+)-Да (-)- Нет Интегральные факторы, отражающие негативные экологические последствия ликвидации предприятий

Водные ресурсы Образование стоков, загрязненных вредными веществами + Экологический - загрязнение подземных и поверхностных вод, ухудшение экологической ситуации Социальный - снижение качества питьевой воды из подземных и поверхностных водозаборов в зоне влияния накопителей отходовЭкономический - затраты на сбор и очистку стоков, проведение мероприятий по снижению и прекращению инфильтрации в подземные горизонты

Земельные ресурсы Непригодность земель для сельскохозяйственного, лесохозяйст-венного, водохозяйственного и других видов землепользования, образование техногенного ландшафта + Экологический - ухудшение экологической обстановки Социальной - потери и снижение качества сельскохозяйственной продукции, лесных запасов Экономический - затраты на рекультивацию и восстановление биологической продуктивности нарушенных, загрязненных и деградированных земель

Результаты анализа в сфере обращения отходов позволяют заключить, что при сокращающейся доли использования отходов угольного производства и тенденции роста их образования (при условии сокращения доли органических включений в органо-минеральной части отходов) возрастают риски событий с возгоранием отвалов. Поэтому необходимо определять стратегические направления работы для значительного сокращения вредного влияния отходов предприятий угольной отрасли на окружающую среду.

По результатам поискового исследования был выделен и систематизирован комплекс задач, требующих рассмотрения и решения по проблеме детехногенезации отвалов и прилегающий к ним среды в районе ликвидированных шахт России.

Среди основных научных задач выделены следующие:

— проблемные, — обусловленные динамикой изменений в отвальном хозяйстве по условиям закрытия шахт в ходе реструктуризации угольной промышленности России;

— методические, — разработка методики изучения техногенезиса отвалов ликвидированных шахт в углепромышленных регионах России и разработка научно-методических основ геотехногенного районирования среды по местоположению техноген-но опасных масс пород;

— технико-технологические, — разработка научно-техногенных и технологических решений, рекомендаций для обеспечения детехногене-зации отвалов ликвидированных шахт России

— практические, — реализация разработанных научно-методических и технико-технологических решений

(на примере отвального хозяйства одного из углетехногенных регионов с массовым закрытием шахт).

В результате ранжирования имеющихся отечественных нормативно-методических и исследовательских разработок для угольной отрасли оказалось возможным определить ту часть из них, которую можно рассматривать в качестве актуальной для использования при разработке темы. Среди них: «Технологические схемы рекультивации терриконов и плоских породных отвалов шахт и обогатительных фабрик», 1981; «Методические указания по проектированию рекультивации нарушенных земель на предприятиях угольной промышленности», 1993; «Типовые технологические схемы рекультивации техногенных ландшафтов при добыче угля открытым и подземным способом», 1994; «Технологические решения по рекультивации нарушенных земель при ликвидации шахт и разрезов», 2002; Отчет по НИР «Разработка технологических схем формирования пожаробезопасных параметров отвалов и технологии тушения существующих», 2006.

Для поиска эффективных способов и средств обеспечения экологической безопасности отвалов требовалось провести поисковые исследовательские работы.

Предварительные результаты такой работы показывают актуальность детехногенезации отвалов за счет использования современных способов, приемов, материалов, технических средств формирования, тушения и профилактики самовозгорания породных отвалов, а также реализации комплекса мер по их утилизации.

Систематизированные способы и приёмы профилактики самовозгора-

ния позволят сократить время и затраты на разработку проектов по формированию и тушению породных отвалов, а также для выбора решений по обеспечению их эффективной рекультивации.

В результате систематизации материалов определились базовые приемы, способы, средства механизации, при разработке технологических схем формирования и тушения отвалов. При этом конкретные технологические схемы для практики должны максимально учитывать опыт, и осуществляться еще и с максимальным учетом особенностей местных условий: прежде всего состояния отвала с точки зрения возможности обеспечения минимальных, но достаточно надежных и обеспечивающих безопасность видов работ, проводимых по предотвращению самовозгорания, тушению и предотвращению негативного влияния на окружающую среду и здоровье населения прилегающих населенных пунктов.

Результатом реализации методических подходов и разработок, имеющим

практическое назначение, явились «Технико-технические решения по формированию пожаробезопасных параметров отвалов, технологии тушения существующих, а также рекультивации». Данные решения должны применяться при разработке проектов формирования новых и реконструкции действующих отвалов, разработки проектов тушения горящих породных отвалов и их рекультивации, выполняемых в ходе работ по ликвидации последствий закрытия шахт и разрезов. Научно-техническими, а также социально-экономическими требованиями и критериями разрабатываемых решений должны быть: научные — соответствовать мировому уровню; технические — учитывать требования действующего законодательства и возможности использования существующих видов технологического и горнотранспортного оборудования; экологические — не оказывать сверхнормативного вредного воздействия на окружающую среду; экономические — обеспечивать снижение затрат на выполнение работ.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические принципы организации работ по геоэкологической и эколого-экономической оценке ситуации в угольных (сланцевых) регионах закрытия нерентабельных шахт (разрезов), а также результатов наблюдений, проводимых центрами экологического мониторинга ( ан примере закрываемых шахт в районе Ленинградского месторождения горючих сланцев) Каплунов В.Ю. г Сланцы — 2009.

2. Игошин В.М., Каплунов В.Ю. Об отходах угольной отрасли, проблемах их утилизации, складирования, формирования

пожаробезопасных отвалов, тушения и рекультивации. М., ЦНИЭИуголь, 2007. — 16 с

3. Экологический мониторинг при ликвидации шахт и разрезов /- под обшей редакцией А.П.Красавина,А.В.Навитнего, Ю.В. Каплунова,// автор.колл-тив: А.А. Харио-новский, В.Н. Васева, В.Ю.Каплунов и др. -Пермь МНИИЭКО ТЭК, 2010. — 315 с..

4. Попов В.Н., Харионоский A.A., Каплунов Ю.В. /В сб. Экологические проблемы при ликвидации шахт и разрезов. — Пермь: ФГУП МНИИЭКО ТЭК, 2001. — С. 18—

26. [ГШ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ

Каплунов Валентин Юрьевич — студент, valentin-893@mail.ru, Московский государственный горный университет.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.