CC BY
8
Оригинальная статья
УДК 622.882(571.17):622.85 © Е.В. Кирюшина1, И.В. ЗеньковН2, Ле Хунг Чинь3, М.Л. Дмитриева4, Ю.П. Юронен5, В.Н. Вокин1, Е.В. Черепанов1, К.В. Раевич1, А.А. Латынцев1, П.Л. Павлова1, Л.Н. Кузина1, А.С. Лунев1, 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, Ханой, Вьетнам
4 Санкт-Петербургский горный университет императрицы Екатерины II, 199106, г. Санкт-Петербург, Россия
5 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, M.L. Dmitrieva4, Yu.P. Yuronen5, V.N. Vokin1, E.V. Cherepanov1, K.V. Raevich1, A.A. Latyntsev1, P.L. Pavlova1, L.N. Kuzina1, A.S. Lunev1, 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 Saint Petersburg Mining University of Empress Catherine II, St Petersburg, 199106, Russian Federation 5 Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation H e-mail: [email protected]
Исследование экологии нарушенных земель после завершения горных работ по добыче угля на участках Подмосковного бассейна в Тульской области*
Environmental studies of disturbed lands after coal mine closure on sites of the Moscow Region coal basin in the Tula Region
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2024-7-91-95 -
В статье приводятся результаты исследования экологического состояния нарушенных земель в ходе добычи угля открытым и подземным способами на угленасыщенных участках Подмосковного угольного бассейна на территории Тульской области. Выявлены площади шахтных терриконов. На породных отвалах карьеров по добыче угля выявлены участки, на которых произведены работы по лесной рекультивации. Определены площади участков породных отвалов с полным отсутствием растительного покрова. Предложен комплекс работ по ускорению восстановления экологического баланса на породных отвалах путем нанесения рыхлых горных пород четвертичного возраста мощностью не менее одного метра и высева бобовых и злаковых трав._
Ключевые слова: Подмосковный угольный бассейн, Тульская область, угольные шахты, угольные карьеры, шахтные терриконы, породные отвалы, дистанционное зондирование Земли из космоса, экология горного производства, экологические проблемы, лесная рекультивация.
* Исследование проведено в рамках международного сотрудничества в области расширения сферы использования технологий дистанционного зондирования Земли
из космоса.
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]
ЧИНЬЛЕХУНГ
Канд. техн. наук, доцент Технического университета им. Ле Куй Дон, 11355, г. Ханой, Вьетнам
ЭКОЛОГИЯ • ECOLOGY
Для цитирования: Исследование экологии нарушенных земель после завершения горных работ по добыче угля на участках Подмосковного бассейна в Тульской области / Е.В. Кирюшина, И.В. Зеньков, Ле Хунг Чинь и др. // Уголь. 2024;(7):91-95. DOI: 10.18796/0041-57902024-7-91-95.
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 Moscow Region coal basin in the territory of the Tula Region. The areas of mine waste piles have been revealed. Areas where forest reclamation works were performed have been identified on the rock dumps of the coal mining pits. Areas of the rock dumps with complete lack of vegetation cover were determined. Complex activities are proposed to accelerate the recovery of the environmental balance on rock dumps by applying loose Quaternary rocks with the thickness of at least one meter and sowing leguminous and cereal grasses._ Keywords
Moscow Region coal basin, Tula Region, coal mines, coal pits, mine waste piles, rock dumps, remote sensing of the Earth from space, mining ecology, environmental problems, forest reclamation. For citation
Kiryushina E.V., Zenkov I.V., Trinh Le Hung, Dmitrieva M.L., Yuronen Yu.P., Vokin V.N., Cherepanov E.V., Raevich K.V., Latyntsev A.A., Pavlova P.L., Kuzina L.N., Lunev A.S., Shtresler K.A. Environmental studies of disturbed lands after coal mine closure on sites of the Moscow Region coal basin in the Tula Region. Ugol'. 2024;(7):91-95. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-57902024-7-91-95. Acknowledgements
The study was performed within the framework of international cooperation in expanding the use of remote sensing technologies.
ВВЕДЕНИЕ
На территории европейской части России в границах Подмосковного бассейна уголь залегает в недрах в Московской области и в других
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
На территории Тульской области добыча угля открытым и подземным способами наиболее масштабно производилась до начала 1990-х гг. В ходе исследования мест отсыпки шахтных терриконов и остаточных карьерных выемок с породными отвалами выделен сектор (на рис. 1 обведен линией белого цвета), в котором более пятидесяти лет производилась масштабная добыча угля (см. рис. 1). Исследуемый сектор находится на юго-запад, юг, юго-восток и восток от г. Тулы. Протяженность исследуемой части региона в направлении «запад - восток» составляет 96 км, а в направлении «север - юг» аналогичный показатель равен 71 км.
На исследуемой территории уголь подземным способом преимущественно добывали в центральной части с небольшим смещением к северу и в южном выступе. Как известно, подземная добыча угля в условиях Подмосковного угольного бассейна предполагала проходку с поверхности наклонных стволов до угольного пласта (пластов). По наклонным конвейерам на земную поверхность транспортировались и складировались в терриконах углевмещаю-щие горные, породы, а также некондиционные угольные пласты. В итоге вблизи шахтных стволов формировались терриконы. Места расположения терриконов показаны точками желтого цвета на рис. 1.
Всего на территории исследуемого сектора находятся 168 шахтных терриконов с различной площадью в плане и, соответственно, с разными объемами хранящихся в них горных пород. Вся совокупность обследованных терриконов была разделена на шесть групп. В качестве группирующего признака была принята площадь террикона в плане. В первую группу включены терриконы с площадью основания от 0,1 до 1 га, во второй и третьей группах находятся терриконы с аналогичными показателями
Рис. 1. Фрагмент территории Тульской области с нанесением границы сектора с добычей угля открытым и подземным способами (на снимке из космоса) Fig. 1. An area in the Tula Region with the boundary between the surface and underground coal mining sites (a satellite image)
от 1,1 до 3 и от 3,1 до 5 га соответственно. Диапазонами в двух последующих группах приняты интервалы 5,1-7 и 7,1-9 га соответственно для четвертой и пятой групп. Диапазон шестой группы имеет открытую правую границу и начинается от 9,1 га. В первой группе насчитывается 58 терриконов. Количество терриконов с площадью от 0,2 до 0,5 га в этой группе составляет 5%. В интервале от 0,6 до 0,9 га модой является значение 0,9. Во второй группе находится 56 терриконов. В третью, четвертую, пятую и шестую группы включены соотвественно 31, 10, 9 и 4 террикона. Общая площадь всех шахтных терриконов, находящихся в Тульской области, равна 435 га.
Типичный для исследуемой части региона шахтный террикон площадью 1,2 га обведен линией желтого цвета (рис. 2, а). Площадь природного ландшафта, на который с поверхности террикона систематически смываются горные породы в результате воздействия атмосферных осадков, составляет 1,4 га. Этот участок находится между линиями желтого и синего цвета (см. рис. 2, а).
На территории Узловского района Тульской области западнее пос. Брусянский до апреля 2019 г. находился полигон бытовых отходов площадью 9,5 га. По данным космического мониторинга, на полигоне в течение длительного времени фиксировалось его непрекращающееся горение (см.рис. 2, б). В апреле-октябре 2019 г. полигон перекрыли горными породами из шахтного террикона площадью 4 га, находящегося в 4,7 км западнее полигона. По окончании выемки горных пород из террикона были проведены работы по трансформации его архитектуры, геометрия которой в дальнейшем может способствовать снижению влияния эрозионных процессов и рекультивации вновь созданной горизонтальной поверхности и откосов вдоль периметра террикона. Рекультивированный террикон находится в 3,7 км на север от пос. Октябрьский Киреевского района.
По данным космического мониторинга установлено, что к настоящему времени в области проведены работы по рекультивации поверхности семи шахтных терриконов общей площадью 35,2 га. В ходе работ по изменению архитектуры терриконов были «срезаны» их вершины. Окончательная планировка выполнена бульдозерами. Типичный шахтный террикон площадью 10 га до производства работ по трансформации его архитектуры и рекультивации показан на рис. 2, в. Работы по изменению его архитектуры были начаты в мае и закончены в ноябре 2021 г. В результате в конструкции террикона появились горизонтальная поверхность площадью 3,9 га и выположенные откосы, горизонтальная проекция которых равна 6,1 га. На поверхности рекультивированного террикона обустроена автомобильная дорога для проезда спецтехники при уходе за восстановленным растительным
■
ЭКОЛОГИЯ • ECOLOGY
покровом (рис. 2, г). Этот террикон находится в 4,5 км на юго-восток от г. Узловая Узловского района.
По данным космического мониторинга, в Тульской области площадь нарушенных земель в результате открытой добычи угля открытым способом составила 9427 га. Суммарная площадь участков породных отвалов, на которых полностью отсутствуют любые виды растительного покрова, равна 375 га. На разрозненных участках породных отвалов общей площадью 566 га произведены работы по лесной рекультивации с высадкой сосны. В период 2019-2020 гг. на одном из участков породного отвала площадью 13,6 га были произведены работы по рекультивации с нанесением плодородного слоя почвы для использования в сельском хозяйстве. Общая площадь 93 техногенных водоемов составляет 836,7 га.
Детальный анализ ландшафтных техногенных объектов, образованных в ходе добычи угля на территории области, указал на то обстоятельство, что шахтные терриконы являются экологически проблемными с двух позиций. Поскольку они являются насыпями из горных пород с объемом до нескольких сотен тысяч кубических метров, значительно возвышающимися над равнинным рельефом региона, то при любом направлении ветра с поверхности террикона будут производиться вынос пыли и вертикальное и горизонтальное ее перемещение на расстояние в зависимости от крупности частиц и силы ветра. Последний фактор отрицательно сказывается на качестве воздуха в населенных пунктах, и в особенности в тех, вблизи которых находятся терриконы. При перемещении горных пород из террикона на природный ландшафт сокращается площадь наземной растительной экосистемы. Для снижения отрицательного воздействия на природную среду, включая среду обитания человека, необходим источник финансирования специальных работ по изменению архитектуры терриконов и их рекультивации. В первую очередь перечень работ необходимо выполнить на объектах, в наибольшей степени оказывающих негативное влияние на качество воздуха в местах проживания людей. На поверхности породных отвалов целесообразным считаем выявление участков для проведения на них работ по горнотехнической и биологической рекультивации с последующим их возвратом в сельскохозяйственный оборот. Основу предлагаемых природоохранных мероприятий составляют работы по нанесению потенциально плодородных и продуктивных слоев горных пород мощностью 0,5 м и использование комплексных минеральных удобрений NPK (азот, фосфор, калий) с повышенными нормами внесения.
Рис. 2. Фрагменты техногенных объектов на территории Тульской области (на снимках из космоса): а - шахтный террикон; б - постоянно горящий полигон бытовых отходов; в - шахтный террикон до рекультивации; г - шахтный террикон после рекультивации
Fig. 2. Images of man-made facilities on the territory of the Tula Region (satellite images): а - a mine waste pile; б - a permanently burning municipal waste landfill; в - the mine waste pile before reclamation; г - the mine waste pile after reclamation
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате исследований территории Тульской области получены новые знания о нарушенных землях в ходе добычи угля подземным и открытым способами на протяжении последних семи десятилетий. Состав горных пород, слагающих шахтные терриконы и уложенные в поверхностный слой породные отвалы без нанесения на них продуктивных слоев горных пород, в значительной степени не способствует формированию растительного покрова. Важнейшим направлением использования горных пород из шахтных терриконов может быть перекрытие ими полигонов отходов. На территориях с высокой концентрацией терриконов и населенных пунктов необходимо выполнить работы по изменению вертикальной конструкции терриконов и последующей их рекультивации с нанесением потенциально плодородных горных пород и с высадкой древесно-кустарниковой растительности.
Список литературы • References
1. Исследование горных работ и процессов восстановительной экологии на месторождениях угля во Вьетнаме по данным дистанционного зондирования / И.В. Зеньков, Чинь Ле Хунг, Ю.А. Ани-щенко и др. // Уголь. 2022. № 7. С. 21 -24. DOI: 10.18796/0041 -57902022-7-21-24.
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, Чинь Ле Хунг, 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. Wang H., Xie M., Li H. et al. Monitoring ecosystem restoration of multiple surface coal mine sites in China via LANDSAT images using the Google Earth Engine. Land Degrad. Dev. 2021;(32):2936-2950. DOI: 10.22541/au.160578567.78852046/v1.
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: 10.18412/1816-0395-2023-3-33-39.
5. Wang Y., Zhao S., Zuo H. et al. Tracking the Vegetation Change Trajectory over Large-Surface Coal Mines in the Jungar Coalfield Using Landsat Time-Series Data. Remote Sens. 2023;(15):5667. DOI: 10.3390/rs15245667.
6. Mitrakova N.V., Khayrulina E.A., Blinov S.M., Perevoshchikova A.A. Efficiency of acid sulphate soils reclamation in coal mining areas. Journal of Mining Institute. 2023. Vol. 260. p. 266-278. DOI: 10.31897/ PMI.2023.31.
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: 10.18796/0041 -5790-2023-4-65-68.
8. Xiaobo Zhu, Wenhui Gong, Wang Li et al. Fixating lead in coal gangue with phosphate using phosphate-dissolving bacteria: Phosphorus dissolving characteristics of bacteria and adsorption mechanism of extracellular polymer. Journal of Hazardous Materials. 2023;(458):131923. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.131923.
9. Jingjing Yu, Xiaoyang Liu, Bin Yang et al. Major influencing factors identification and probabilistic health risk assessment of soil potentially toxic elements pollution in coal and metal mines across China: A systematic review. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2024;(274):116231. DOI: 10.1016/j.ecoenv.2024.116231.
10. Ana He, Xiaoping Li, Yuwei Ai et al. Potentially toxic metals and the risk to children's health in a coal mining city: an investigation of soil and dust levels, bioaccessibility and blood lead levels. Environ. Int. 2020;(141): 105788. DOI: 10.1016/j.envint.2020.105788.
11. Yi-wang Wanga, Dong-sheng Bai, Xu Yang et al. Soil sulfur cycle bacteria and metabolites affected by soil depth and afforestation conditions in high-sulfur coal mining areas. Applied Soil Ecology. 2023;(185):104802. DOI: 10.1016/j.apsoil.2022.104802.
12. Sheng Zheng, Yi-wang Wang, Jin-long Lai et al. Effects of long-term herbaceous plant restoration on microbial communities and metabolic profiles in coal gangue-contaminated soil. Environmental Research. 2023;(234):116491. DOI: 10.1016/j.envres.2023.116491.
13. Yi-wang Wang, Dong-sheng Bai, Xue-gang Luo et al. Effects of Setaria viridis on heavy metal enrichment tolerance and bacterial community establishment in high-sulfur coal gangue. Chemosphere. 2024;(351):141265. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.141265.
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
Dmitrieva M.L. - PhD (Physical and Mathematical), Associate Professor, Saint Petersburg Mining University, St Petersburg, 199106, Russian Federation
Yuronen Yu.P. - PhD (Engineering), Associate Professor,
Siberian Federal University,
Krasnoyarsk, 660041, 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
Raevich K.V. - PhD (Engineering), Associate Professor,
Siberian Federal University,
Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Latyntsev A.A. - 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
Lunev A.S. - PhD (Engineering), 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: 10.06.2024 Поступила после рецензирования: 16.06.2024 Принята к публикации: 25.06.2024
Paper info
Received June 10,2024 Reviewed June 16,2024 Accepted June 25,2024
