Экологические последствия ликвидации шахт Восточного Донбасса и необходимость совершенствования системы экомониторинга

Коломенский Г.Ю.; Гипич Л.В.; Коломенская В.Г.; Михалев С. А.; Седлецкий В.И.

УДК 504.054; 504.064

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ЛИКВИДАЦИИ ШАХТ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА И НЕОБХОДИМОСТЬ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

СИСТЕМЫ ЭКОМОНИТОРИНГА

This report keeps the recommendation for the further conduct of the East Donbass ecological monitoring.

Начало промышленной добычи углей в Восточном Донбассе, на территории Войска Донского относится к 1861 г., когда была здесь открыта шахта «Александровская» (впоследствии - им. Фрунзе), а затем - шахта «Парамоновская» (1895 г., переименованная позже в шахту им. Пролетарской диктатуры). За полутора-вековый период угледобычи здесь пройдено более 220 стволов шахт и глубоких шурфов, действовало до 25 обогатительных фабрики (ОФ).

В период расцвета угольной промышленности Восточный Донбасс поставлял до трети общегосударственной добычи коксующихся углей и около четверти - энергетических. С 1994 г. начата реструктуризация угольной промышленности России, в том числе и Восточного Донбасса, сопровождающаяся массовым закрытием шахт и ОФ. На начало реструктуризации в Восточном Донбассе действовало 62 угольных шахты, сейчас - всего 14. В стадии ликвидации находится 60 шахт; она производится «мокрым» способом, т.е. затоплением пройденных подземных выработок, сопровождается бесконтрольным (и далеко не всегда предсказуемым) подъемом уровня подземных вод.

Техногенные факторы, возникающие в результате ликвидации действующих шахт, как показал опыт, оказывают очень сильное разрушительное воздействие практически на все компоненты окружающей среды, в результате чего она почти полностью теряет способность к самовосстановлению. Наиболее ярко выражены подтопление поверхности, загрязнение поверхностных и подземных вод, выделение шахтных газов на поверхность, переток воды на смежные действующие шахты, геомеханическое воздействие на поверхность, образование провалов. Возникающие экологические проблемы усугубляются повышенной концентрацией предприятий в основных угледобывающих районах - Шахтинском, Несветаевском, Гу-ковском, Шолоховском и Донецком, где расположены крупные населенные пункты - г. Шахты, Новошах-тинск, Гуково, Красный Сулин, Зверево, Донецк, а также сконцентрированы более мелкие поселки и хутора. Рассмотрим несколько показательных примеров. В г. Донецке в результате закрытия шахт «Юго-Восточная» и № 54 произошло подтопление улиц города, что привело к разрушению построек и гибели садов и огородов; прорыв агрессивных шахтных вод в результате ликвидации шахты «Степная» в объеме до 60 м3/ч вывел из сельхозоборота около 100 га земельных площадей в районе х. Боброва; излившиеся на поверхность воды шахты «Центральная-Восточная» (ШУ «Лиховское») объемом порядка 120 м3/ч подто-

пили северную часть х. Волченский и проникли в колодцы, что вывело их из питьевого водоснабжения. По сведениям маркшейдерской службы, с 1997 г. в г. Шахты образуются провалы различной глубины как в центральной части города, так и на территориях шахтерских поселков (ул. Тагро,6; Молодежная, 4-а, пос. Сидорово-Кадамовский, Гагарина, Артема).

Возникновение чрезвычайных ситуаций отчасти обусловлено ошибками и пренебрежением к возможным экологическим последствиям, допущенным при составлении проектов ликвидации шахт, а также отсутствием необходимого опыта. Произвести современный прогноз и наметить реальную систему мероприятий по ликвидации негативных последствий закрытия шахт возможно только на основе мониторинга. Для решения этих задач одним из первых в стране в 2002 г. создан Центр мониторинга социально-экологических последствий ликвидации шахт Восточного Донбасса (ЦСЭМ ВД). Главная цель Центра -наблюдение, анализ и прогноз проявления вредного влияния ликвидации горных предприятий на состояние социальной и экологической безопасности в регионах, одной из его основных задач является «осуществление постоянного экологического мониторинга за воздушной средой, земной поверхностью горных отводов, самовозгоранием породных отвалов, водным режимом подземных и поверхностных вод, состоянием геомеханической обстановки». За время существования Центром мониторинга проделана значительная работа, позволившая либо предотвратить ряд чрезвычайных ситуаций, либо значительно снизить степень их последствий.

Центром пока еще не охвачено несколько существенных экологических аспектов.

1. По сложившемуся стереотипу мышления до последнего времени как сухие, так и гидроотвалы шахт и ОФ при оценках экологической обстановки в угледобывающих районах и в процессе проведения экологического мониторинга как источник загрязнения ОПС (кроме загрязнения приземных слоев атмосферы) практически не рассматриваются [1-3 и др.].

За весь период добычи угля в Восточном Донбассе сформировано около 500 породных отвалов и свыше 150 илонакопителей шахт и обогатительных фабрик. Общий объем складированной в них горной массы по состоянию на 01.01.2005 г. оценивается в 0,4 млрд м3 [4, 5], под отвалами, по данным областного Комитета по земельным ресурсам и землепользованию, занято более 1,5 тыс. га земель, а общая площадь нарушенных земель в связи с угледобычей и углеобогащением дос-

тигает 7 тыс. га. Сведения об их расположении и состоянии разноречивы. Это обстоятельство осложняется еще тем, что в последнее десятилетие в связи с реструктуризацией угольной промышленности и ликвидацией шахт и ОФ отвалы и шахты неоднократно переименовывались. Так, в списке отвалов 1987 г. [2] на шахте им. Кирова учтено 3 отвала, они же имеются и на топографической карте 1991 г.; в 1996 г. на закрытой шх. им. Кирова числилось уже 7 отвалов; в настоящее время, по данным ликвидационной комиссии ОАО «Ростовуголь», за шахтой числятся 3 отвала. Аналогичная ситуация и с другими шахтами. Так, в 1987 г. на шх. «Аютинская» числился 1 отвал, в 2003 г - 7 отвалов (на баланс этой шахты переданы отвалы бывших шахт 13, 13-бис, 19, 21, им. Петровского и др.). Не адекватны также и оценки размеров отвалов и их состояния. Все это создает путаницу в учетных документах и чрезвычайно затрудняет инвентаризацию хранилищ углеотходов. Еще хуже ситуация с прудами-отстойниками, шламо- и илонакопителями. Помимо того, что далеко не на всех шахтах, числящихся в списках угледобывающих предприятий, есть сведения о прудах-отстойниках, в области имеется ряд неучтенных старых шахт и штолен, закрытых еще в довоенный период. Например, шх. «Обуховская № 4», «Сбойка» (пос. Зеленый Холм), «Северо-Западная» (пос. Первомайский), № 56, «Новоазовская» (пос. Смагин) и др.

В то же время хранилища углеотходов представляют собой серьезную экологическую опасность, негативно воздействующие практически на все депонирующие среды - атмосферу, почвы, поверхностные и подземные воды, биоту и опосредованно - на население. Эти воздействия обусловлены следующими факторами.

В скоплениях отвальных пород (в связи с особенностями структуры и строения отвалов) процессы физического и химического выветривания проявляются очень интенсивно. Удельная поверхность пород отвалов, шламо- и илонакопителей увеличивается по сравнению с природной соответственно в 3-10 и 10100 раз, а коэффициент фильтрации - в 102 - 103 и 104-105 раз, что создает самые благоприятные условия для разложения отвальных пород и слагающих их минералов. В зоне резких суточных колебаний температуры происходит интенсивная диспергация пород под воздействием образующихся здесь же органических кислот и сернокислых растворов. Выветривание пород стимулируют и криогенные процессы. Таяние льда, образовавшегося в отвалах, способствует их обводненности и, следовательно, повышению ионного и твердого стока, уменьшению механической устойчивости склонов и плакора отвалов, ускорению склоновых гравитационных процессов [4]. Эти факторы инициируют разложение минералов, в первую очередь сульфидов, образование легкорастворимых соединений тяжелых металлов (свинца, хрома, ванадия, меди, цинка и др.) и их вынос.

В настоящее время около 65 % породных отвалов Восточного Донбасса либо перегорело, либо находится в различных стадиях горения. Не останавливаясь на причинах самовозгорания и не рассматривая происходящие при этом физико-химические процессы,

отметим главное. Температуры в очагах пожаров, по данным МакНИИ, ВостНИИ, ШахтНИУИ и результатам экспериментов [4], составляют 1300-1350 0С. Во внутренних зонах отвалов перенос вещества осуществляется парогазовыми струями и нагретыми растворами. В результате этого в период горения на поверхности отвалов проявляется интенсивная фумарольная деятельность - выходы горячих газов с образованием нашатыря, самородной серы, легкорастворимых сернистых соединений. Один горящий отвал, по данным ШахтНИУИ, ежегодно выделяет в атмосферу в среднем 4 тыс. т оксида углерода, 0,5 тыс. т диоксида серы, 160 тыс. т сероводорода и 40 т оксидов азота.

По опубликованным данным, касающимся Центрального (украинского) Донбасса, а также данным об экогеохимии элементов-примесей в углях [6], в прудах-отстойниках, ило- и шламонакопителях накапливаются концентрации токсичных металлов в количествах, в десятки и сотни раз превышающие кларковые.

В результате инвентаризации хранилищ углеотходов, проведенной в 2003 г., установлено, что из обследованных 455 сухих отвалов шахт и ОФ сведения о содержаниях тяжелых металлов в слагающих их породах имеются только по 130 из них, минеральная составляющая и воды в прудах-отстойниках и шламо-хранилищах не опробовались, в связи с чем сведений о содержаниях в них потенциально токсичных химических элементов не имеется. Помимо того, согласно отчетным данным угледобывающих предприятий, вокруг накопителей отсутствует наблюдательная гидрогеологическая сеть, оценка воздействия их на ОПС проектами не предусмотрена и не проводится. Анализ проб воды в накопителях выполнен только на содержание М^, щелочей, сульфатов, нитратов и нефтепродуктов по нескольким ОФ. Содержание тяжелых металлов и токсичных веществ в водах, а тем более в твердой фазе накопителей не изучалось. В связи с этим сейчас не представляется возможным определить класс опасности отходов, хранящихся в прудах-отстойниках и шламовых накопителях. По аналогии с другими бассейнами России и учитывая геохимическую специализацию углей Восточного Донбасса, в шламонакопителях и отстойниках Ростовской области следует ожидать наличие концентраций РЬ, Лб, Н^, V, 2п, Сг, на несколько порядков превышающих ПДК, а сами отходы можно предварительно отнести ко II классу опасности для ОПС.

В соответствии с критериями, утвержденными приказом МПР России от 15.06.2001 г., рассчитан класс опасности для ОПС по 130 породным отвалам шахт, для которых имеется информация. Подавляющее большинство сухих отвалов относится к III классу опасности - умеренно опасные (степень воздействия на ОПС средняя; экологическая система нарушена, период её восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия). Основными токсичными элементами, концентрации которых находятся в породах в значительно повышенных количествах, являются хром, марганец, свинец, цинк, никель и ванадий. Ко II классу опасности - высокоопасные (степень вредного воздействия на ОПС высокая; экосистема сильно нарушена, период её восстановления не

менее 30 лет) относятся породные отвалы бывших шх. № 13 и им. Фрунзе (г. Шахты).

Радиологическая оценка углепромышленных отходов в Ростовской области начала производиться только в последние годы. По единичным результатам гамма-спектрального анализа содержание естественных радионуклидов в породах отвалов составляет: Ra-226 -38,7-59,2 Бк/кг; Th-232 - 19,3-53,1 Бк/кг; К-40 - 85,9697,0 Бк/кг, среднее значение Аэфф колеблется от 113,7 Бк/кг до 155,2 Бк/кг, что не превышает санитарных норм. Однако следует отметить, что приведенные данные касаются только некоторых опробованных отвалов и не могут быть распространены на все хранилища углепромышленных отходов Ростовской области.

Интенсивная миграция тяжелых металлов и токсичных соединений вызывает загрязнение поверхностного слоя почв в районах расположения угледобывающих предприятий. Судя по разобщенным единичным данным, степень такого загрязнения достигает критических значений. Так, на площади, примыкающей к отвалам бывшей шх. № 17 (ШУ «Краснодонецкое», отнесенным к III классу опасности, авторами установлены ореолы интенсивного загрязнения почв, в том числе и пахотных земель рядом тяжелых металлов -марганцем, ванадием, хромом, никелем, свинцом, цинком. Радиус загрязнения вокруг каждого из обследованных отвалов достигает 2,5 км. Установленные концентрации металлов в верхнем горизонте почвенного слоя составляют: Mn - до 12,5 ПДК для южных черноземов и каштановых почв (до 10000 г/т); Cr - до 20 ПДК (до 2000 г/т); V - до 16 ПДК (до 400 г/т); Ni, Zn, Pb - до 8 ПДК (до 400 г/т). Аналогичные аномалии выявлены и вокруг производственных зданий. Наиболее интенсивно загрязненные участки приурочены к пониженным формам рельефа. Таким образом, согласно ГОСТ 17.4.03.06. - 86/СТ СЭВ 5301-85, на этой площади почвы относятся к сильно загрязненным.

До последнего времени при ведении мониторинга закрывающихся шахт Восточного Донбасса ЦЭСМ ВД площади земель, нарушенных в связи со складированием углеотходов, определялись по площади оснований отвалов, при этом земли, занятые гидрооот-валами, не учитывались. Однако нарушенность земель и её степень, согласно действующим нормативным документам, в каждом конкретном случае определяется экспериментально по следующим показателям: рН и состав почвенных растворов, содержание питательных веществ, структура, биопродуктивность, коэффициент концентрации загрязнения почвы. В связи с отсутствием специальных исследований и соответственно необходимых аналитических данных, достоверных выводов о размерах площадей нарушенных земель в настоящее время сделать не представляется возможным. Выводы могут быть сделаны только сугубо ориентировочно, либо по размерам горного отвода, либо по размерам санитарных зон для каждого сухого отвала. Площадь таких зон в среднем в 10 раз (ориентировочно) больше площади земель, занимаемых отвалами. Для шламонакопителей и отстойников санитарные защитные зоны проектами не предусматривались, и судить о площадях нарушенных вокруг них земель сейчас невозможно.

Ситуация осложняется еще следующими обстоятельствами. Как правило, предприятия угольной промышленности и технологически связанные с ними хранилища углеотходов располагаются либо в самих населенных пунктах, либо в непосредственной близости от них, а иногда и в 20-50 м от жилых строений (поселок бывшей шх. им. Кирова). Шламонакопители и отстойники зачастую располагаются за пределами санитарно-защитной зоны, нередко среди пашен и огородов (пример - бывшее ШУ «Горняцкое»), либо даже в черте городов (Шахты, Новошахтинск и др.). В этом плане особенно неблагополучна ситуация в городах - традиционных угольных центрах Ростовской области, где на относительно небольшой площади сконцентрировано значительное количество шахтных отвалов и отвалов ОФ. Это обусловливает здесь очень высокий уровень техногенной нагрузки, рассчитываемый как отношение количества углепромышленных отходов ( в тыс. т) к площади застройки: Гуково -717,5; Красный Сулин - 60,8; Новошахтинск с Соко-лово-Кундрюченским - 795,0; Шахты - 1386,1.

2. В процессе мониторинга гидрохимического режима в пробах воды производится определение только стандартного набора из 18 компонентов, в состав которого из металлов входят только железо (общее и закис-ное) и медь. При этом совершенно не учитывается загрязнение поверхностных и подземных вод тяжелыми металлами, не изучаются донные отложения малых рек, принимающих сбрасываемые шахтные воды. В то же время имеются сведения [7, 8] об обогащении этих вод кадмием, кобальтом, литием и цинком. Учитывая металлогеническую специализацию углевмещающих пород и углей Восточного Донбасса, список тяжелых металлов, концентрирующихся в водах ликвидированных шахт, можно дополнить хромом, марганцем, бериллием. Эти металлы находятся в воде как в растворенном состоянии, так и в составе взвешенных веществ. Типовыми очистными сооружениями, через которые производится выпуск шахтных вод в малые реки и балки, очистка воды от тяжелых металлов не предусмотрена. Общий вынос этих веществ в гидросеть Восточного Донбасса с шахтными водами оценивается в 280-300 тыс. т в год [7].

Для повышения информативности и достоверности оценки экологического состояния окружающей среды и ее депонирующих сред, на наш взгляд, назрела необходимость совершенствования системы эко-мониторинга дополнения программы работ ЦСЭМ ВД следующими задачами:

1. Паспортизация эталонных хранилищ углеотхо-дов (сухих и гидроотвалов) в каждом техногенном узле с оценкой степени их опасности для ОПС (оценочное литогеохимическое и радиометрическое опробование, определение содержания тяжелых металлов, в том числе и в растворимой форме; составление соответствующих паспортов хранилищ); ранжирование отвалов по классам их опасности для ОПС и оптимального направления утилизации углеотходов [9].

2. Оценка степени нарушенности земель в пределах все площадей горных отводов ликвидируемых шахт (проведение рекогносцировочного опробования, определение всех нормируемых показателей, предусмотренных ГОСТом).

3. Составление базы экологических данных угле-отходов и нарушенных земель; выбор объектов и пунктов для ведения экологического мониторинга отвалов и нарушенных земель.

4. Определение концентраций тяжелых металлов во всех отбираемых гидрогеологических пробах; проведение опробования донных осадков малых рек, принимающих сбрасываемые шахтные воды с определением концентраций в них тяжелых металлов.

Выполнение этих работ позволит получать более полную информацию о состоянии окружающей среды в районах ликвидируемых шахт; разрабатывать обоснованные, оптимальные мероприятия по экологической реабилитации угледобывающих районов Восточного Донбасса.

Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант № 04-05-96807.

Литература

1. Каплунов Ю.В. и др. // Уголь. 2000. №1. С.68-72.

2. Саламатин А.Г. и др. Нормативно-методическая база документов по экологии угольной промыш-лености. Т.6. М., 1999.

3. Нормативно-методическое обеспечение реструктуризации угольной промышленности / Под ред. А.Г. Саламатина, В.Е Зайденварга и В.Н. Попова. М., 2000.

4. Коломенский Г.Ю., Гипич Л.В., Коломенская В.Г., Чумаченко Ф.А. // Эколого-географический вестник юга России. 2002. №1. С.72-78.

5. Коломенский Г.Ю. // Научно-методическое обеспечение мониторинга угольных бассейнов и месторождений России: Сб. тр. науч.-практ. конф. Шахты, 2001. С. 29-30.

6. Кизильштейн Л.Я. Экогеохимия элементов-примесей в углях. Ростов н/Д, 2002.

7. Гавришин А.И., Мохов А.В., Коломенская В.Г. // Экологическая безопасность и рациональное природопользование: Материалы межведомственной науч.-практ. конф. в рамках Южно-Российского инвестиционно-промышленного форума. Ростов н/Д, 2004. С.78-81.

8. Зайцев А.А. Аварийно-экологическое состояние шахт и города Новошахтинска. Ростов н/Д, 2000.

9. Коломенский Г.Ю., Гипич Л.В.. Коломенская В.Г // Геолого-промышленный анализ техногенных месторождений Ростовской области, представленных отходами добычи и переработки углей (отвалы шахт и обогатительных фабрик). Ростов н/Д, 2001.

Северо-Кавказский центр высшей школы

21 января 20045 г.

Текст научной работы на тему «Экологические последствия ликвидации шахт Восточного Донбасса и необходимость совершенствования системы экомониторинга»