CC BY
21
УДК 556.491:622
Г.П. Свграшкша, O.G. Сабадаш, Д.А. Авдеенко
Днiпропетровський нацюнальний yuieepcumem iMemi Олеся Гончара
ЕКОЛОГО-Г1ДРОГЕОЛОГ1ЧН1 ПРОБЛЕМИ ЗАХ1ДНОГО ДОНБАСУ
I ШЛЯХИ IX ВИР1ШЕННЯ
Запропонований комплекс природоохоронних заход1в для вир1шення еколопчно!" проблеми ращонального використання i охорони п1дземних i поверхневих вод в1д забруднення i виснаження. Для розробки i здшснення схеми штучного водозниження, на пвдтопленш частин1 рег1ону, видiленi та обгрунтоваш три розрахунковi г1дродинамiчнi схеми.
Ключовi слова: природоохороннi заходи, гiдродинамiчнi схеми, пiдтоплення, шахтнi вщвали, дренаж.
Предложен комплекс природоохранных мероприятий для решения экологической проблемы рационального использования и охраны подземных и поверхностных вод от загрязнения и истощения. Для разработки и осуществления схемы искусственного водопонижения, на подтопленной части региона, выделены и обоснованы три расчетные гидродинамические схемы.
Ключевые слова: природоохранные мероприятия, гидродинамические схемы, подтопление, шахтные отвалы, дренаж.
The complex nature of measures to address the environmental problems of rational use and protection of groundwater and surface water from pollution and depletion.To design and implement the scheme of artificial decrease water level on flooded part of the region identified and justified three calculated hydrodynamic scheme.
Keywords: environmental protection, hydrodynamic scheme, flooding, mine dumps, drainage.
Постановка проблеми. Захщний Донбас - потужний i перспективний прничовидобувний регюн Укра!ни. Його площа дорiвнюe 3,6 тис. км2. Головш адмшютративш i промисловi центри - м. Павлоград, с.м.т. Тершвка i Петропавлiвка.
У тепершнш час у прничовидобувнш частинi Захiдного Донбасу працюе 9 вугiльних шахт (рис. 1), Центральна збагачувальна фабрика (ЦЗФ), заводи -хiмiчний, хiмiчного машинобудування, механiчний, лiтейних машин, будiвельних матерiалiв, шкiряний i ряд пiдприeмств харчово! промисловостi. У регiонi експлуатуеться 4 ставки-накопичувачi для скидних шахтних вод, одне хвостосховище, 7 водозаборiв (табл.1).
Умовш позначення:
С"-3 - ставок-накопичувач скидних шахтних вод; И - дпо'м шахти; 1 - Геро1в Космосу; 2 -Благодатна; 3 - Павлоградська; 4 - Захвдно-Донбаська; 5 - Тершвська; 6 - Дншровська; 7 -¡м. Сташкова; 8 - Самарська; 9 - Степова; 10 - Першотравнева (законсервована); 11 -Ювшейна; ЕЭ _ центральна збагачувальна фабрика (ЦЗФ); вмб1р р!чкових вод на
зрошення; - скид шахтних вод з ставюв-накопичувач1в у р!чкову мережу; скид
шахтних вод у ставки.
Рис. 1. Схема скиду шахтних вод Захiдного Донбасу
© Г.П. Свграшкша, O.G. Сабадаш, Д.А. Авдеенко, 2013
Видобуток вугшля супроводжуеться штенсивним водовiдливом мiнералiзованих шахтних вод, яю акумулюються в ставках-накопичувачах, побудованих без екрашзацп водовмщуючо! частини. Запропонованi як радикальний засiб охорони водних i земельних ресурсiв, вони е джерелом !х забруднення. Ставки побудованi на територiях шахтних полiв у балках Косьмшна, Таранова, Нiколiна i Свщовок (табл.2). На земельних угiддях, прилеглих до ставкiв, просадових дiлянках, заплавах рiчок, мiських територiях спостерiгаеться шдтоплення. Частина земель, придатних для сшьськогосподарського використання вже засипана шахтними вщвалами, площа яких постiйно збiльшуеться. Сумарна дiя усiх названих техногенних факторiв негативно впливае на навколишне середовище в цiлому i пiдземнi води зокрема. Еколопчна ситуацiя Захiдного Донбасу формуеться пiд впливом комплексу взаемопов'язаних техногенних факторiв, мае тенденцiю до попршення i потребуе науково-обгрунтованих радикальних природоохоронних заходiв.
Таблиця 1
Водозабори Захвдного Донбасу _
Назва водозабору Рк введения в експлуатацш Горизонт, який експлуатуеться Продуктившсть водозабору тис. м3/доб Мшерал1зац1я води, г/дм3
максимальна 2011 р. Початок експлуатацп 2011 р.
Павлоградська група 1962 aQ Pg2bc+ob 37,84 12,88 0,1 0,7-1,2
Первомайський 1958 Pgзmz 12,19 11,72 0,4 0,8-1,8
Самарський 1973 Pgзmz 3,5 0,63 0,8 1,0-1,3
Свгглогорський 1983 Pgзmz+Pg2bc 7,0 2,6 0,4 0,1-0,3
Сербський 1978 Pg2bc+ob 3,87 3,4 1,2 1,3-2,5
Тершвський 1984 Pg2bc+ob 6,78 4,41 0,9 1,0-1,2
Х1м1чний завод 1955 Pg2bc+ob 5,75 законсервов ано 0,9-1,4 -
До найбшьш актуальних проблем вiдноситься рацiональне використання i охорона пiдземних i поверхневих вод вщ забруднення i виснаження. Для розв'язання екологiчних проблем регюну необхiднi багатоплановi узгодженi науковi дослщження у тому числi i запропоноваш авторами цього звiту.
Таблиця 2
Характе ристика шахтного скиду
Назва ставка, об'ем, 3 тис. м , сумарний скид, млн. м3/р1к Шахти яш К1льк1сть скидно! води тис. м3/доб Мшерал1зац1я, г/дм3 Середньозва жена Тип води
скидають воду мшераллащ я скиду г/дм3
1 2 3 4 5 6
Балка Таранова 2100; 17,8 Самарська Дншровська 1м. Сташкова 6,5-8,81 7,1-7,5 4,1-4,55 хлоридш натр1ев1
Балка Стуканова 2400; 2,56 ЦЗФ 2,04-2,1 9,0-9,1 9,05 —II—
Балка Сввдовок Геро!в Космоса 1,0 32,2-37,1 —1—
5000; 13,56 Тершвська Благодатна Захщно-Донбаська 6,48-6,74 5,16-7,78 1,13-1,67 2,6-2,8 13,3-15,0 27,38-29,4 —II— —II— —I—
Балка Школша 425; 2,8 Павлоградська 6,86-7,47 6,3-6,4 6,35 —I—
Балка Косьмшная 5300; 19,8 Першотравнева Ювшейна Степова законсервова на 20,98-24,39 20,93-21,6 2,2-2,4 3,2-3,4 2,3 3,3 —I—
Виклад основного матер1алу. Видобуток вугшля у Захiдному Донбасi здшснюеться без забутовки. Вилученi iз прничих виробок породи складують на поверхш землi, заповнюючи ними природнi та штучш зниження рельефу. Вони не придатш для сiльськогосподарського використання без покриття родючим шаром. На вщмшу вiд rрунтiв у !х складi вiдсутнiй азот i емнiсть поглинання незначна. За даними хiмiчного аналiзу породи вiдвалiв складають глинистi мшерали, окисли i гiдроокисли кремнiю, водорозчинш солi. По спiввiдношенню фракцiй вони характеризуются як глинистi i суглинисп, пилуватi з гравiем, пiском i щебенем, порушено! структури, середньо'1 щшьносп. Результати визначення водно-фiзичних властивостей на дослщному вiдвалi шахти Павлоградська (рис. 2) представлеш в табл. 3.
СI и 0 К ■ I 1" I "1Е йклш и-4
Рис. 2. Схема розташування в1двал1в на полях шахт Благодатна, Павлоградська,
Тершвська
Таблиця 3
Водно-ф1зичш властивост1 пор1д досл1дного в1двалу шахти «Павлоградська», _^ шурф №13, дшянка III_
Назва показнишв Величини показник1в
Глибина вщбору зразка, м В природних умовах
0,8-1,0 1,5-1,7 2,0-2,2
Волопсть, частки одиниц 0,178-0,27 0,173 0,161 0,036
Шдльшсть часток, г/см3 2,59 2,47 2,63 2,67
Щшьшсть породи, г/см3 1,90 1,83 2,07 2,3
Щшьшсть сухого грунту, г/см3 1,61 1,56 1,78 -
Повна вологоемшсть, частки одиницi 0,234 0,236 0,181 0,24
Пористiсть, частки одинищ 0,378 0,369 0,323 0,155
Водовiддача, частки одииицi 0,14 0,022 0,027 -
Коефщент фттрацп, м/добу 0,5 0,07-0,15 0,11 0,0001-0,05
При зволоженш структура порщ руйнуеться. Водовiддача порушених вiдвальних порщ змiнюeться у широкому дiапазонi вщ 0,0221 до 0,14. Усi вщвальш породи мiстять легкорозчиннi солi у кшькосп 0,3-0,9%. 1з катiонiв у найбшьших кiлькостях присутнiй натрiй, потсм кальцiй i магнiй. 1з анюшв переважають сульфатi (табл. 4).
Таблиця 4
Характеристика засоленосп в1двальних порщ_
Рк Глибина Засолешсть С, % СГ £мшсть поглииаиия мг/екв., 100 г грунту Обмшш катюни,
спостереже вщбору 5о;- мг/екв., 100 г грунту
нь зразшв, м Ыа+ Ca+++Mg++
1973 Шахта Павлоградська
0,0 0,836 0,066 13,21 3,65 9,56
1,0 0,557 0,160 8,78 3,14 5,64
2,0 0,487 0,181 7,72 3,06 4,66
3,0 0,442 0,168 7,03 3,0 4,02
4,0 0,307 0,183 6,92 2,58 4,34
Шахта Самарська
1973 2,0 0,365 0,112 4,79 3,57 1,22
4,0 0,448 0,087 5,06 2,50 2,56
6,0 0,397 0,113 6,35 4,24 2,11
8,0 0,440 0,111 6,83 4,79 2,04
10,0 0,528 0,095 7,99 5,07 2,92
12,0 0,566 0,090 8,43 5,29 3,14
14,0 0,507 0,101 8,03 4,94 3,09
Данi таблицi 4 характеризують шахтнi вiдвали як середньо i слабкозасоленi. Тип засолення - сульфатний. Смшсть поглинання бiльш як на порядок нижча шж у чорноземiв звичайних. Значна частина вiдвалiв вщсипана вище рiвня грунтових вод у зош аераци, тому для них характерний вертикальний вологоперенос. Грунтовi води, яю знаходяться у межах шахтних вiдвалiв, набувають мiнералiзацiю, вiдповiдну засоленосп вмiщуючи порiд. Грунтовi води, яю залягають нижче границi вiдвала збагачуються солями внаслiдок дифузп i конвекцп.
Основнi запаси вугiлля Захiдного Донбасу зосереджеш у заплавi р. Самари. В тепершнш час ця територiя повсюдно у рiзному ступенi тдтоплена. Основнi причини пiдтоплення наступнi:
1. Видобуток вугшля без забутовки, в результат якого над виробленими шахтними полями вщбуваеться просщання земноi поверхш.
2. Фшьтрацшш втрати м1нерал1зованих скидних шахтних вод 1з ставюв-накопичувач1в, побудованих без екранiзацii водовмiщуючоi частини.
3. Зрошуване землеробство.
Жоден з цих факторiв у теперiшнiй час не може бути усуненим, тому необхщно обгрунтувати, розробити i здшснити ефективну схему штучного
водозниження. Анал1з гeолого-гiдpогeологiчниx умов тдтоплено'1 чаcтини pодовища дозволяе видшити тpи pозpаxyнковi гiдpодинамiчнi cxeми (pnc. 1):
1. Бeзнапipний водоноcний гоpизонт y чeтвepтинниx cyглинкаx потyжнicтю до 10 м, який залягае на лiнзаx нeогeновиx глин потyжнicтю 6-12 м. Це найбшьш тяжкi умови з позицiй дpeнyвання тepитоpiй. Bepтикальний дpeнаж тут не е ефективним, гоpизонтальнi дpeни дадуть бажаний peзyльтат пpи значнiй ïx гycтотi. Такий pозpiз xаpактepний для cxилiв вододшьнж плато. Вони пiдтоплeнi тiльки у зош впливу cтавкiв-накопичyвачiв.
2. Сдиний бeзнапipний водоноcний гоpизонт в двошаpовомy плаcтi, який cкладаeтьcя iз чeтвepтинниx cyглинкiв потyжнicтю до 10 м i кайнозой^кж пicкiв чeтвepтинного, неогенового i вepxньопалeогeнового вiкy потyжнicтю до 25 м. Пюки пiдcтeляютьcя мepгeлями, глинами i пicковиками iз низькими фiльтpацiйними влаcтивоcтями. В гiдpодинамiчниx pозpаxyнкаx ця товща пpиймаeтьcя за вщноотий водотpив. Cxeма xаpактepна для надзаплавниx тepаc i заплав. Пpи водопpовiдноcтi Т < 100 м2/добу тут буде ефективним гоpизонтальний дpeнаж [1] у двоx його модифiкацiяx: а) дpeна pозташована у вepxньомy cлабкопpоникномy шаpi; б) дpeна пpоpiзаe ^абко пpоникний шаp - найбiльш cпpиятливий ваpiант гоpизонтального дpeнажy.
3. Tpeтя cxeма вiдpiзняeтьcя вiд попepeдньоï бшьш виcокою водопpовiднicтю (Т > 100 м2/добу). Hа такиx дiлянкаx, зпдно з peкомeндацiями Д.М. Каца [2] в бeзнапipниx yмоваx доцiльним е вepтикальний дpeнаж. Cxeма xаpактepна для низькж заплав.
yci cxeми, xаpактepнi для pодовища, видiлeнi в мeжаx c.м.тMоpозiвcькe i його околиць, тому у подальше доcлiджeнняx pозpаxyнки паpамeтpiв дpeнажниx cпоpyд детально pозглядаютьcя cамe на цьому об'eктi пiдтоплeння. ^телений пункт знаxодитьcя у вкpай œc^^ram^ yмоваx з позицiй пiдтоплeння тepитоpiй. Biн pозташований у заплавi i на пepшiй надзаплавнiй тepаci p. M. Tepнiвка. Hаявнicть залiзничного наетпу, паpалeльного piчцi, ycкладнюe повepxнeвий стш, оcобливо iнтeнcивний у вecняний пepiод. Поcтiйним джepeлом живлення пiдзeмниx вод е фiльтpацiйнi втpати мiнepалiзованиx вод (9-10 г/дм3) iЗ xвоcтоcxовища ЦЗФ «Балка Цуканова». З 1983 по 1989 pоки виконyвалиcь pоботи по його pозшиpeнню i peконcтpyкцiï. Оотовним peзyльтатом, який впливае на гiдpогeологiчнi умови тepитоpiï е збiльшeння вщм^ки гоpизонтy води у xвоcтоcxовищi на 12 м. Вщповщно зpоcла швидкють фiльтpацiï на дiлянцi мiж залiзничним наcипом i xвоcтоcxовищeм. Почавcя штенетвний пiдйом piвня rpyнтовиx вод (РГВ). Cyттeво збiльшилиcя площi з глибиною залягання РГВ 0-1 м. №йбшьш нecпpиятливим piвнeвим peжимом xаpактepизyeтьcя пepiод з 1989 по 1991 pоки, з моменту наповнення xвоcтоcxовища п^ля peконcтpyкцiï i до введення в дда вepтикального дpeнажy. Результатом його екотлуатацп cтало зменшення площ з глибинами залягання РГВ 0-1 м i вщповщно збшьшення площ з глибинами 1-2 i 2-3 м у зош його впливу. Але повнютю ^облема тдтоплення c.м.тMоpозiвcькe не pозв'язана. Cитyацiя ycкладнюeтьcя тим, що одночаcно з пiдтоплeнням тepитоpiï в зош впливу xвоcтоcxовища збiльшyeтьcя мiнepалiзацiя пiдзeмниx вод i знижyeтьcя якють питно1' води у колодязяx.
У менш ^тинному cтанi знаxодятьcя i iншi наceлeнi пункти Заxiдного Донбаcy, у тому чиcлi м. Павлоград i ам.т Tepнiвка.
Для боpотьби з пiдтоплeнням у Заxiдномy Донбаш нeобxiдно обrpyнтyвати, pозpаxyвати i побудувати дpeнажнi cпоpyди.
Зпдно з постановою Кабшету MiHiCTpiB Укра1ни вiд 31.08.99 р. №1606 «Про реструктуризащю вугшьно1 промисловосп» закриттю пiдлягають нерентабельнi шахт у кшькосп 25-30 % вiд загального числа д^чих пiдприeмств. З 11 шахт Захщного Донбасу закриття трьох становить 27,2 %. Перша шахта Першотравнева здана в експлуатацiю у 1963 рощ i в тепершнш час закрита методом мокро1 консервацп. До закриття рекомендованi також шахти Тернiвська i Благодатна за комплексом показниюв, у тому числi i ефективнiстю iнвестування. За показником швестицшно1 привабливостi цi шахти посягають два останшх мiсця (табл. 5)
[3].
Таблиця 5
Шахти об'еднання «Павлоградвугшля» Коеф1ц1ент економ1чно1 надшносп Kt
Степова 1,91
Ювшейна 1,90
1м. Героi'в Космоса 1,57
1м. М.1. Сташкова 1,48
Самарська 1,45
Захщно-Донбаська 1,39
Павлоградська 1,34
Дшпровська 1,25
Тершвська 1,16
Благодатна 0,95
Проблеми, що виникають при закритп вугiльних шахт е нинi одними iз найбiльш складних [4]. Вiд 1х вирiшення залежить соцiально-економiчна ситуацiя в вугледобувних регюнах i стан вугледобувно!' галузi в цшому. Еколого-гiдрогеологiчнi аспекти цього комплексу проблем частково розглянут у публшащях [5, 6, 7]. Дослiдження будуть продовжеш за даною темою.
Висновки.На основi аналiзу режимо-утворюючих техногенних факторiв зроблено висновки, що екологiчна ситуащя регiону формуеться пiд впливом комплексу взаемопов'язаних негативних факторiв, мае тенденщю до погiршення i потребуе додаткових науково-обгрунтованих, радикальних природоохоронних заходiв. До найбшьш актуальних проблем вiдноситься рацюнальне використання i охорона водних i земельних ресурсiв вiд забруднення, виснаження i вторинного засолення. Основними причинами тдтоплення у Захiдному Донбасi е видобуток вугшля без забутовки, фшьтрацшш втрати iз хвостосховища i ставкiв-нвкопичувачiв, зрошуване землеробство.Для полiпшення еколого-мелiоративноi i гiдрогеологiчноi ситуацii у регiонi необхщш багатоплановi узгодженi науковi дослiдження.
Б1блшграф1чш посилання
1. Жернов I. €. Мелiоративна гiдрогеологiя / 1.С. Жернов, А.Г. Солдак, П.Ю. Кущ, О.О. Гриза // К.: Вища школа, 1972. - 332 с.
2. Кац Д.М. Контроль режима грунтовых вод на орошаемых землях / Д.М. Кац // М.: Колос, 1978. - 240 с.
3. Бондаренко В.И. Пути реструктуризации шахт ГХК «Павлоградуголь» при инвестировании производства / В.И. Бондаренко, В.И. Салли, А.М. Кузьменко, Ю.В. Котов, Р.Е. Дычковский, В.В. Сытник // Сборник научных трудов национального горного университета, Днепропетровск, № 17, т.1., 2003. - с. 141148.
4. Саллi В.1. Особливосп закриття вугiльних шахт, що працюють з низьким рiвнем ефективностi / В.1. Саллi, О.Г. Вагонова// Сборник научных трудов национального горного университета, Днепропетровск № 17, т.1., 2003. - с. 65-70.
5. Евграшкина Г.П. Гидрогеологические аспекты закрытия шахт в Западном Донбассе / Г.П. Евграшкина // Еколопя довкшля та безпека життeдiяльностi. - К.: Знання - 2005. - с. 20-22.
6. Евграшкина Г.П.Гидрогеологическое обоснование закрытия восточной группы шахт в Западном Донбассе / Г.П. Евграшкина, С.А. Буток / Вюник Дшпропетровського нащонального ушверситету. Вып. 10. - 2008. - с. 44-46.
7. Ермаков В.Н. Применение водопонижения на подтопленных территориях ликвидируемых шахт / В.Н. Ермаков, О.А. Улицкий // Еколопя довкшля та безпека жип^яльносп - 2003. - №6. - с. 45-47.
Надшшла до редколегИ: 01. 04. 2013
