CC BY
4
Оригинальная статья
УДК 622.882 (571.17):622.85 © Е.В. Кирюшина1, И.В. ЗеньковН2, Ле Хунг Чинь3, Ю.П. Юронен4, В.Н. Вокин1, Е.В. Черепанов1, Ю.А. Маглинец1, А.А. Латынцев1, К.В. Раевич1, А.С. Лунев1, П.Л. Павлова1, Л.Н. Кузина1, К.А. Штреслер1, 2024
1 Сибирский федеральный университет, 660041, г. Красноярск, Россия
2 Сибирский научно-исследовательский институт горного и маркшейдерского дела, 660025, г. Красноярск, Россия
3 Технический университет им. Ле Куй Дон, 1 1355, г. Ханой, Вьетнам
4 Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М. Ф. Решетнева, 660037, г. Красноярск, Россия
Н e-mail: [email protected]
Original Paper
UDC 622.882 (571.17):622.85 © E.V. Kiryushina1, I.V. ZenkovH2, Le Hung Trinh3, Yu.P. Yuronen4, V.N. Vokin1, E.V. Cherepanov1, Yu.A. Maglinets1, A.A. Latyntsev1, K.V. Raevich1, A.S. Lunev1, P.L. Pavlova1, L.N. Kuzina1, K.A. Shtresler1, 2024
1 Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation 2 Siberian Research Institute of Mining and Surveying, Krasnoyarsk, 660025, Russian Federation 3 Le Quy Don Technical University (LQDTU), Hanoi, 1 1355, Vietnam 4 Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation H e-mail: [email protected]
Информационное обеспечение исследования техногенных нарушений природного ландшафта в ходе горного производства на участках Донецкого угольного бассейна в Ростовской области
Information support for studying man-made disturbances of the natural topography during mining operations in areas of the Donetsk coal basin in the Rostov region
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2024-9-96-100
КИРЮШИНА Е.В.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
ЗЕНЬКОВ И.В.
Доктор техн. наук, профессор, заместитель директора по научной работе Сибирского научно-исследовательского института горного и маркшейдерского дела, 660025, г. Красноярск, Россия, e-mail: [email protected]
ЧИНЬ ЛЕ ХУНГ
Канд. техн. наук, доцент
Технического университета им. Ле Куй Дон,
11355, г. Ханой, Вьетнам
В статье приводятся результаты исследования экологического состояния нарушенных земель в ходе добы>/чи угля откры1ым и подземны>/м способами на угленасы/щенны/хучастках Донецкого угольного бассейна на территории Ростовской области. Вы/явлены/ виды/ и площади техногенныхландшафтных объектов, образованных в ходе деятельности предприятий угольной про-мы/шленности. Предложен комплекс работ по ускорению восстановления экологического баланса на поверхности техногенных ландшафтных нарушений путем нанесения рыхлых горных пород четвертичного возраста мощностью не менее одного метра и вы/садки кустарников и деревьев с посевом в междурядьях злаковых и бобовых культур травянистой растительности. Ключевые слова: дистанционное зондирование, угледобывающая промышленность, восстановительная экология, Ростовская область, Донецкий угольный бассейн, угольные шахты, угольные карьеры, шахтные терриконы, породные отвалы, экологические проблемы. Для цитирования: Информационное обеспечение исследования техногенных нарушений природного ландшафта в ходе горного производства на участках Донецкого угольного бассейна в Ростовской области / Е.В. Кирюшина, И.В. Зеньков, Ле Хунг Чинь и др. // Уголь. 2024;(9):96-100. 001: 10.18796/0041-5790-2024-9-96-100.
Abstract
The article presents the results of studying the environmental state of lands disturbed in the course of coal mining using surface and underground methods in the coal-bearing areas of the Donetsk coal basin in the territory of the Rostov Region. Types and areas of man-made landscape objects formed in the course of coal mining activities are revealed. Complex activities are proposed to accelerate the recovery of the environmental balance on the surface of the man-made terrain disturbances by applying loose Quaternary rocks with the thickness of at least one meter and planting shrubs and trees with sowing cereal and leguminous crops with herbaceous vegetation in between the rows. Keywords
Remote sensing, coal mining industry, ^storation ecology, Rostov region, Donetsk coal basin, сoal mines, сoal pits, ь'1ne waste piles, rock dumps, environmental problems. For citation
Kiryushina E.V., Zenkov I.V., Trinh Le Hung, Yuronen Yu.P., Vokin V.N., Cherepanov E.V., Maglinets Yu.A., Latyntsev A.A., Raevich K.V., Lunev A.S., Pavlova P.L., Kuzina L.N., Shtresler K.A. Information support for studying man-made disturbances of the natural topography during mining operations in areas of the Donetsk coal basin in the Rostov region. Ugol'. 2024;(9):96-100. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2024-9-96-100.
ВВЕДЕНИЕ
На юге России в северо-западной части Ростовской области более 300 лет производится добыча высококачественных углей. Наибольшей ценностью из всего ассортимента углей в мире обладают антрациты, запасы которых (в том числе) отрабатывают в восточном секторе Донецкого угольного бассейна подземным способом. Здесь же, в Ростовской области на небольших глубинах залегают пласты бурого угля мощностью до 5 м. Эти пласты разрабатывают открытым способом. В последнее столетие в этом регионе в разные периоды времени постоянно работали несколько десятков шахт. В одних шахтах уголь становилось добывать нерентабельно, и они закрывались. Выбывающие производственные мощности по добыче угля компенсировались строительством шахт на других перспективных угленасыщенных участках бассейна. Предварительный обзор исследуемой территории на космоснимках высокой детализации выявил наличие многочисленных изменений ландшафта техногенного происхождения. Эти изменения произошли в ходе деятельности угледобывающих предприятий и определяются термином «накопленный экологический ущерб». Исследованиями последствий деятельности угледобывающей промышленности в виде нарушенных земель, в том числе с использованием ресурсов дистанционного зондирования Земли из космоса, занимаются специалисты-экологи на всех континентах [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ КОМПЛЕКСА РАБОТ ПО ВОССТАНОВИТЕЛЬНОЙ ЭКОЛОГИИ НА ТЕРРИТОРИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
На территории Ростовской области добыча угля открытым и преимущественно подземным способами производится более трехсот лет. Исследование последствий работы угледобывающих предприятий проведено на участке региона площадью 1,2 млн га. По данным космического мониторинга установлены географические секторы, на территории которых находятся техногенные ландшафтные объекты: сектор с геолокацией в радиусе 5 км от центра г. Донецка Ростовской области; сектор в форме шестиугольника с вершинами в населенных пунктах Бобров, Васецкий, Аникин, Лиховской, Калинов и Михайловка и расположением в этом секторе г. Гуково; сектор в виде полосы шириной 9 км и про-
ЮРОНЕН Ю.П.
Канд. техн. наук, доцент Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, 660037, г. Красноярск, Россия
ВОКИН В.Н.
Канд. техн. наук, профессор Сибирского федерального университета, 660041, г. Красноярск, Россия
ЧЕРЕПАНОВ Е.В.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета
660041, г. Красноярск, Россия
МАГЛИНЕЦ Ю.А.
Канд. техн. наук, профессор Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, Россия
ЛАТЫНЦЕВ А.А.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
РАЕВИЧ К.В.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
ЛУНЕВ А.С.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
ПАВЛОВА П.Л.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
КУЗИНА Л.Н.
Канд. экон. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
ШТРЕСЛЕР К.А.
Старший преподаватель Сибирского федерального университета, 660041, г. Красноярск, Россия
тяженностью 42 км в направлении «юго-запад - северо-восток» между пос. Васильевский (на юго-западе) и пос. Карпово-Обрывский (на северо-востоке); сектор в виде пятиугольника с вершинами в населенных пунктах Бол-дыревка, Киселево, Малая Гнилуша, Веселая Бахмутовка и Ягодинка. В последнем секторе находятся г. Новошах-тинск, Красный Сулин и Шахты (см. рисунок). На рисунке линией зеленого цвета показана граница Ростовской области с Луганской Народной Республикой, а линиями и точками желтого цвета - места расположения исследуемых техногенных ландшафтных объектов на территории области [15].
На исследуемой территории все техногенные ландшафтные объекты были разделены по десяти наименованиям (см. таблицу). В этой совокупности выделены две укрупненные группы. В первую группу наиболее опасных объектов входят участки территорий (215 ед.), на поверхности которых находятся значительные объемы угля независимо от времени его складирования на этих
участках (строки 1-4 и 8-10 в таблице). Во второй группе находятся шахтные терриконы (155 ед.), в том числе рекультивированные и покрытые древесно-кустарниковой растительностью (строки 5-7 в таблице) [15]. В шахтных терриконах содержится, как правило, смесь углевмеща-ющих пород, угля из пластов, не имеющих промышленного значения. Состав такой смеси является уникальным для каждого шахтного террикона. В терриконах, покрытых древесно-кустарниковой растительностью, по нашей оценке, содержится минимальное количество угля. В противном случае на их поверхности не произошло бы саморасселение высших сосудистых растений.
Далее определим последствия воздействия этих объектов на среду обитания человека и экологию территории, на которой они находятся. На всех объектах всегда существует большая вероятность самовозгорания угля и углесодержащих пород. Из анализа информации на космоснимках установлено, что температура поверхности 114 объектов из первой группы находится в ди-
Фрагмент территории Ростовской области с нанесением контуров техногенных ландшафтных объектов, образованных в ходе деятельности предприятий угледобывающей промышленности (на снимке из космоса) An area of the Rostov region with the outlines of man-made landscape objects created as a result of coal mining activities (a satellite image)
Краткая характеристика техногенных ландшафтных объектов, созданных в результате деятельности предприятий угледобывающей промышленности на территории Ростовской области
Brief characteristics of man-made landscape objects created as a result of coal mining activities in the Rostov region
Пункт № Наименование техногенного ландшафтного объекта Количество объектов, ед. Суммарная площадь, га
1 Промышленные площадки действующих шахт 17 391,7
2 Промышленные площадки закрытых шахт 44 517,2
3 Действующие карьеры по добыче угля 7 203,2
4 Отработанные карьеры по добыче угля 6 142,4
5 Шахтные терриконы 109 415
6 Шахтные терриконы с измененной конфигурацией архитектуры и с выполнением работ по рекультивации 30 331,5
7 Шахтные терриконы под древесно-кустарниковой растительностью 16 82,7
8 Действующие и закрытые угольные склады 36 126,9
9 Площадки с отходами угледобычи 101 574,6
10 Промышленные площадки обогатительных фабрик 4 75,7
11 Итого 370 2860,9
апазоне 100-119оС. В то же время температура поверхности 38 терриконов составляет 120-139оС, и аналогичный показатель 14 терриконов определяется диапазоном 140-160оС, причем, по данным мониторинга, температура со временем увеличивается. Это говорит о том, что внутри насыпей из смеси горных пород с углем происходит бактериальное экзотермическое окисление пирита, находящегося в углях.
Как известно, повышение температуры до 250-270оС, как правило, приводит к самовозгоранию угля и значительной эмиссии вредных газов в атмосферу. Ликвидация пожаров в толще многометровых горящих насыпей, содержащих уголь, является весьма затратным мероприятием с точки зрения финансирования. Кроме того, ветровое воздействие на поверхность техногенных ландшафтных объектов способствует выносу минеральной пыли и переносу ее на значительные расстояния. Все это ухудшает среду обитания человека и животного мира, угнетает растительную экосистему, а также напрямую оказывает глобальное влияние на приобретение жителями области заболеваний, связанных с бронхолегочной и другими патологиями.
Многочисленные геохимические исследования добываемого угля высвечивают превышения концентрации As в 9-10 раз (до 350) в сравнении с ПДК. Содержание Hg также превышает ПДК в 12 раз, а концентрация Pb - в 6-9 раз. Также установлено, что концентрации химических элементов I класса опасности (Hg, As, Be, Pb, Zn) в углях и I, II, III классов опасности (РЬ, и/, B, Ni, Ba, Mn, Sr и др.) в шахтных водах превышают предельно допустимые концентрации в десятки и сотни раз. Вполне обоснованным в условиях расположения многочисленных техногенных объектов на северо-западе области считаем систематическое загрязнение в этом секторе природных территорий, обрабатываемых полей агропредприятий и зон жилой застройки, прилегающих к исследуемым техногенным объектам, в результате ветрового переноса минеральной пыли, в которой содержатся те же токсичные элементы, что и в угле. При выпадении атмосферных осадков здесь непременно будет происходить также систематический вынос токсичных элементов с последующей их миграцией в реки, ручьи, техногенные и природные водоемы, а также в почвы прилегающих территорий. В целом, любая миграция (пылевая или водная) токсичных элементов с поверхности исследуемых объектов напрямую будет способствовать их вхождению в растения и живые организмы, тем самым попадая в пищевые цепи человека.
По нашей оценке, в исследуемом секторе области суммарный объем угля и углесодержащих горных пород, находящихся в насыпях на территории 370 техногенных объектов, составляет не менее 3,0 млн куб. м [15]. На наш взгляд, на территории Ростовской области исследуемый сектор необходимо признать особо неблагополучным с позиции экологии.
Для ликвидации накопленного экологического ущерба с целью нейтрализации опасности, исходящей со стороны техногенных ландшафтных объектов, предлагаем создать производственное предприятие, подконтрольное государственным структурам. Основной миссией такого
предприятия считается ликвидация накопленного экологического ущерба. В первую очередь перечень работ необходимо выполнить на техногенных объектах, в наибольшей степени оказывающих негативное влияние на качество воздуха в местах массового проживания людей. Основу предлагаемых природоохранных мероприятий должны составить работы по нанесению потенциально плодородных и продуктивных слоев горных пород мощностью до одного метра на поверхность техногенных объектов и работы по биологической рекультивации. Конечной целью работ по ликвидации накопленного экологического ущерба является «обнуление» ветрового и водного выноса и переноса токсичных элементов с поверхности техногенных ландшафтных объектов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате исследований территории Ростовской области получены новые знания о нарушенных землях в ходе добычи угля подземным и открытым способами на протяжении последних десятилетий. Состав горных пород с включением больших объемов кондиционного и некондиционного угля, находящихся в насыпях на участках природного ландшафта, способствует самовозгоранию с выделением токсичных ядовитых газов. Практически все техногенные объекты не покрыты растительным покровом, что способствует пылевому и водному выносу вредных элементов с поверхности этих объектов и дальнейшему их переносу в природной среде. Важнейшим направлением в перекрытии техногенных участков считаем использование горных пород четвертичного возраста, вынимаемых вдоль периметра участков и нанесение их на поверхность с последующей биологической рекультивацией путем высадки древесно-кустарниковой и травянистой растительности.
Список литературы • References
1. Исследование горных работ и процессов восстановительной экологии на месторождениях угля во Вьетнаме по данным дистанционного зондирования / И.В. Зеньков, Ле Хунг Чинь, Ю.А. Анищенко и др. // Уголь. 2022. № 7. С. 21-24. DOI: 10.18796/0041 -5790- 2022-7-21 -24.
Zenkov I.V., Trinh Le Hung, Anischenko Yu.A., Loginova E.V., Mag-linets Yu.A., Raevich K.V., Latyntsev A.A., Veretenova T.A., Kondrash-ov P.M., Pavlova P.L., Konov V.N. A study of mining operations and environmental rehabilitation processes in Vietnamese coal fields based on remote sensing data. Ugol'. 2022;(7):21-24. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2022-7-21-24.
2. Дистанционное зондирование в исследовании результатов лесовосстановительной экологии на породных отвалах угольных разрезов Красноярского края / И.В. Зеньков, Ле Хунг Чинь, Ю.А. Анищенко и др. // Уголь. 2021. № 6. С. 54-57. DOI: 10.18796/0041 -5790- 2021 -6-54-57.
Zenkov I.V., Trinh Le Hung, Anishenko Yu.A., Kazanskaya N.N., Vokin V.N., Kiryushina E.V., Latyncev A.A., Veretenova T.A. Remote sensing in studying the reforestation results at rock dumps of coal mines in the Krasnoyarsk Territory. Ugol'. 2021;(6):54-57. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2021-6-54-57.
3. Amisalu Milkias Misebo, Marta Szostak, Edyta Sierka et al. The interactive effect of reclamation scenario and vegetation types on physical
parameters of soils developed on carboniferous mine spoil heap. Land Degrad. Dev. 2023;34(I.12):3593-3605. DOI:10.1002/ldr.4705.
4. Gossen I., Gurkova E., Sokolov D. Assesment of Effectiveness of Reclamation Activities on Coal Dumps in Kuzbass. Ecology and Industry of Russia. 2023;(3):33-39. DOI: 10.18412/1816-0395-20233-33-39.
5. Jitendra Ahirwal, Subodh Kumar Maiti et al. Restoring coal mine degraded lands in India for achieving the United Nations-Sustainable Development Goals. Restoration Ecology. 2022;30(I.5):e13606. DOI: 10.1111/rec.13606.
6. Депонирование углерода девятилетними культурами сосны на рекультивированном отвале разреза «Черногорский» ООО «СУЭК Хакасия» / О.С. Сафронова, Е.В. Маркова, Н.А. Оста-пова и др. // Уголь. 2024. № 3. С. 94-96. DOI: 10.18796/0041 -57902024-3-94-96.
Safronova O.S., Markova E.V., Ostapova N.A., Evseeva I.N., Morshnev E.A. Carbon deposition by nine-year-old pine crops at the reclaimed dump ofthe «Chernogorsky» section of ООО «SUEK Khakassia». Ugol'. 2024;(3):94-96. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2024-3-94-96.
7. Адаптивный аспект реализации технологии щелевания при рекультивации автомобильных отвалов в Республике Хакасия / Е.А. Моршнев, О.С. Сафронова, Н.А. Остапова и др. // Уголь. 2023. № 4. С. 65-68. DOI: 10.18796/0041 -5790-2023-4-65-68. Morshnev E.A., Safronova O.S., Ostapova N.A., Evseeva I.N., Pilchuk E.V. Adaptive aspect of the implementation of the slotting technology in the reclamation of vehicle dumps in the Republic of Khakassia. Ugol'. 2023;(4):65-68. (In Russ.). DOI: 10.18796/00415790-2023-4-65-68.
8. Pinpeng Tuo, Jie Ren, Chongkai Hao et al. Decades of weathering improves coal waste biogeochemical properties by altering dissolved organic matter and microbial communities: A case-study of a coal waste pile. Land Degrad. Dev. 2023;34(I.6):1708-1724. DOI: 10.1002/ldr.4563.
9. Dominik Voros, Patricia Diaz Baizan, Karel Slavicek et al. Mercury occurrence and speciation in sediments from hard coal mining in Czechia. Journal of Hazardous Materials. 2023;(459):132204. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.132204.
10. Andrea R. Gerson, Rong Fan, Gujie Qian et al. Examination of multiple sources of selenium release from coal wastes and strategies for remediation. Journal of Hazardous Materials. 2022;(422):126924. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2021.126924.
11. Obinna T. Ezeokoli, Jessica Badenhorst, Adekunle Raimi et al. Effect of dung and dung beetle application on topsoil fungal assemblage of a post-coal mining reclamation land: Towards soil health improvement. Applied Soil Ecology. 2023;(185):104804. DOI: 10.1016/j. apsoil.2023.104804.
12. Yaqian Zhou, Ying Lian, Tengxiang Liu et al. Impacts of high-quality coal mine drainage recycling for replenishment of aquatic ecosystems in arid regions of China: Bacterial community responses. Environmental Research. 2023;(223):115083. DOI: 10.1016/j.en-vres.2022.115083.
13. Zulv Huang, Tao Chen, Zhangwei Yanget et al. Risk assessment and microbial community structure in agricultural soils contaminated by vanadium from stone coal mining. Chemosphere. 2023;(310): 136916. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2022.136916.
14. Quan Tang, Liru Chang, Qiuyue Wang et al. Distribution and accumulation of cadmium in soil under wheat-cultivation system and human health risk assessment in coal mining area of China. Ecotoxi-cology and Environmental Safety. 2023;(253):114688. DOI: 10.1016/j. ecoenv.2023.114688.
15. Google Earth. [Electronic resource]. Available at: https://www. google.com.earth/ (accessed 15.08.2024).
Authors Information Kiryushina E.V. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Zenkov I.V. - Doctor of Engineering Sciences, Professor, Deputy Director for Scientific Work, Siberian Research Institute of Mining and Surveying, Krasnoyarsk, 660025, Russian Federation, e-mail: [email protected]
Trinh Le Hung - PhD (Engineering), Associate Professor, Le Quy Don Technical University (LQDTU), Hanoi, 11355, Vietnam
Yuronen Yu.P. - PhD (Engineering), Associate Professor,
Reshetnev Siberian State University of Science
and Technology, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation
Vokin V.N. - PhD (Engineering), Professor,
Siberian Federal University, Krasnoyarsk,
660041, Russian Federation
Cherepanov E.V. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Maglinets Yu.A. - PhD (Engineering), Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Latyntsev A.A. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Raevich K.V. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Lunev A.S. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Pavlova P.L. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Kuzina L.N. - PhD (Economic), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Shtresler K.A. - Senior lecturer, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Информация о статье
Поступила в редакцию: 30.07.2024 Поступила после рецензирования: 15.08.2024 Принята к публикации: 26.08.2024
Paper info
Received July 30, 2024 Reviewed August 15,2024 Accepted August 26,2024
