О влиянии подземной добычи угля на водные ресурсы реки Белая и наполняемость Исаковского водохранилища в Луганской Народной Республике Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 504.062:504.54:556.51:556.5:556.3

Коптева А. К.

(Минприроды ЛНР, г. Луганск, ЛНР, Россия, [email protected])

О ВЛИЯНИИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧИ УГЛЯ НА ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ РЕКИ БЕЛАЯ И НАПОЛНЯЕМОСТЬ ИСАКОВСКОГО ВОДОХРАНИЛИЩА В ЛУГАНСКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКЕ

Работа посвящена одному из специфических факторов, характерному для углепромышленных регионов и существенно влияющему на состояние водных ресурсов. В работе описана степень подработки бассейна реки Белая на участке от пгт Селезневка до места впадения в Иса-ковское водохранилище, показаны глубины подработки русла реки Белая и зоны опасного влияния. Выявлены зависимость стока малой реки Белая и наполняемости Исаковского водохранилища от глубины подработки горными выработками закрытых шахт бассейна реки.

Ключевые слова: малые реки, водные ресурсы, река Белая, Исаковское водохранилище, речной сток, трансформация стока, расход реки, подработка горными выработками.

При проведении локального мониторинга состояния окружающей среды Исаковского водохранилища и участка р. Белой в 2020-2022 гг. специалистами Минприроды ЛНР выявлены следующие специфические факторы, характерные для углепромышленных регионов и существенно влияющие на состояние водных ресурсов р. Белая и, как следствие, на наполняемость Исаковского водохранилища: 1) сбросы шахтных вод, осуществляемые водоотливными комплексами ликвидируемых угольных предприятий; 2) ландшафтные изменения, возникшие вследствие промышленной разработки угля, в особенности открытым способом (карьерами); 3) подработка горными выработками закрытых шахт площади бассейна р. Белая.

Постановка задачи. На основе данных замеров речного стока р. Белая проанализировать его изменение (трансформацию) от пгт Селезнёвка до места впадения в Исаков-ское водохранилище и сопоставить полученные результаты с данными о глубине подработки русла реки и ее водосборной площади горными выработками закрытых шахт.

Целью настоящей работы является изучение влияния подработки русла и бассейна реки Белая горными выработками закрытых шахт на трансформацию речного стока и состояние водных ресурсов гидрологических объектов.

Объект исследования — река Белая.

Предмет исследования — горный массив, водные ресурсы, речной сток и изменение его отклонений.

Задачи исследования:

- проанализировать изменение отклонения речного стока на участке реки Белая от пгт Селезнёвка до места впадения в Исаковское водохранилище;

- изучить по данным горной графической документации площадь и глубину подработки горными выработками закрытых шахт участка реки Белая от пгт Селез-невка до места впадения в Исаковское водохранилище;

- определить влияние подработки горными выработками закрытых шахт на водные ресурсы.

Методика исследования гидрологических и гидрогеологических показателей основывалась на действующем в РФ СП 33-101-2003 «Определение расчетных гидрологических характеристик» [1].

Исходные данные для расчётов получены из комплексного отчета «Оценка водно-ресурсного потенциала и факторов, влияющих на его формирование в Луганской Народной Республике» [2] и Отчета о результатах мониторинга состояния окружающей среды Исаковского водохранилища и прилегающих территорий [3] (табл. 1, рис. 1).

Экологический вестник Донбасса 2023. № 9

Региональная экология и природопользование

Изменение отклонений речного стока на участке реки Белая от пгт Селезнёвка до места впадения в Исаковское водохранилище

Таблица 1

№ п/п

Год

8 «

о <ц

й и и

8

со <ц

и

м /час

и 8 Н о

0

1 §

ё §

• <ц

§ м

о « §

И к 1-Ш

м /час

«

8

8

О «

и н о и 8 Я

8

<ц

Я

со 8

Ч И

И и

я и

<Ц ¡с

3 я

то м

и <3

о н

И н

Э ^

й ^

8 и

£ §

й и

И м

и 5

и ^

2 £ ^ 8 М н о

С §

3

м /час

%

н £

£ 5

О £ £ «

и ^ ^ о

м в

м /час

58 8 8 <а 8

О «

И

н о и 8 8 <а 8

<а %

со 8

с?

н

о

и

и

£

§ м

н о о

К щ Й (Г

и и

о а

И Св

(Я со ч • и ч

^ нн

* £ о 8

3

м /час

%

и 8 Н о о

а

<а 8

И и

и

ш

н <ц

и

О о о о 8

м3/час

=8 8

8

<ц

8

о «

и

н о и 8

8

<ц

8

<ц

Я

со 8

и 8 н о о

сЗ и И

М НН

^ №

н &

(н Й

8 со

э

<ц и 8 И

о о о о 8

и

3

м3/час

%

3

4

5

6

8

9

10

11

12

13

10

11

12

2021 год

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

965

1462

497*

51,5

1492

30

2156

2868

712

33

1900*

-968

5403

8011

2608

48

5980

-2031

-25,3

6571

591

2893

2195

-698

-24,1

1887

-308

-14,0

2367

480

1475

875

-600*

-40,7*

906

31

1402

996

-406*

-29,0*

1163

167

1560

1186

-422*

-26,2*

1183

-3

1389

1366

-23*

-1,6*

1390

24

1740

1505

-235*

-33,7

9,9

25,4

3,5

16,8

-0,2

-1,7

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

2022 год

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI

XII

2933

2374

-559*

-19,0

2152

-222

9062

9600

538*

5,9

12472

2872

12365

11031

-1334

-10,8

6825

-4206

-38,1

11589

4764

6704

12166

5462

81,4

7462

-4704

-38,7

7132

-330

6968

7842

874

12,5

6968

-874

-11,1

3464

-3504

3738

3865

107

2,8

2287

-1578

-40,8

1806

-481

2147

2799

645

30

2241

-558

-19,9

1378

-863

1316

2010

694

52,7

2070

-60

-3,0

1808

-262

1631

2903

1272

78

2992

89

3,1

2292

-700

2994

4143

1149

38,4

3824

-318

-7,7

3300

-524

2399

4005

1604

66,8

2962

-1043

-26,0

2724

-238

3286

6845

3559

52

4445 -2400 -35,1

3963

-482

-9,3

29,9

69,8

-0,4

-50,3

-21

-38,5

-12,6

-23,4

-13,7

-8

-10,8

Примечание: +497* — разница значения речного стока через одну точку наблюдения.

1

2

7

1

2

2

3

4

5

6

7

8

9

■(1) изменение отклонений речного стока между т.н. в пгт Селезневка и пгт Бугаевка (жел. пеш. мост) (2) изменение отклонений речного стока между т.н. в пгт. Бугае вка жел.пеш.мостик и мост по ул. Заречная •(3) изменение отклонений речного стока между т.н. в пгт Бугаевка, мост по ул. Заречная и пеш.мостик у поссовета

Рисунок 1 — График изменения отклонений речного стока реки Белая между точками наблюдений в пгт Селезневка (т. н. 1, мост в северной части поселка) и в пгт Бугаевка (т. н. 4, железный пешеходный мостик по ул. Белякова, т. н. 7, мост по ул. Заречная, т. н. 8 мост пешеходный у поссовета) в процентах от первой к последующей

Для создания сводной схемы горных выработок, расположенных в зоне водосбора участка р. Белая от пгт Селезневка до Исаковского водохранилища и построения геологических разрезов, использовались планы горных выработок закрытых шахт «Пере-вальская» и «Селезнёвская Восточная» по пластам к3в, к3н, к5, к51, кб, к7в,к71, к71н масштаба 1:5000, топографическая карта масштаба 1:10000 (рис. 2-4), а также Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях [4].

Изложение материала. Специалистами Министерства природных ресурсов и экологической безопасности Луганской Народной Республики в 2020-2022 гг. выполнялось гидрологическое обследование участка реки Белая в населённых пунктах Городище, Малоивановка, Новосёловка, Ящиково, Селезневка, Бугаевка, Алексеев-ка Перевальского района, а также обследование самоизливающихся скважин, выхода шахтных вод ликвидированных шахт (западной вентиляционной сбойки № 1 шахты «Перевальская» по пласту к5).

Гидрологическое обследование производилось путём замеров расхода реки в точках наблюдения (далее — т. н.) поплавковым способом, обследование русла реки и прилегающей местности. Проведение гидрологических замеров (определение ширины реки, промеры глубин в створе, определение скорости течения реки), а также обработка замеренных параметров и расчёт расхода реки в каждой точке наблюдения показали, что на отдельных участках реки, а именно в районе т. н. 7 на рисунке 2 «мост по ул. Заречная в пгт Бугаевка» наблюдается значительное снижение расхода реки (в среднем на 500 м3/ч по сравнению с предыдущей точкой наблюдения «мост по ул. Белякова»), даже несмотря на то, что выше по течению в пойме реки находятся б самоизливающихся скважин (суммарный излив составлял -200 м3/ч), а также с мая 2022 происходит излив на сбойке пласта к5в з. ш. «Перевальская» (-400 м3/ч).

Нами была составлена таблица изменения отклонений речного стока на участке реки Белая от пгт Селезнёвка до места впадения в Исаковское водохранилище (табл. 1), где изменение отклонения речного стока показано в м3/ч и в процентах от данных предыдущей точки наблюдения.

На графике рисунка 1 показаны кривые изменения отклонений речного стока реки Белая между точками наблюдений в пгт Селезневка (т. н. 1, мост в северной части поселка) и в пгт Бугаевка (т. н. 4, железный пешеходный мостик по ул. Белякова, т. н. 7, мост по ул. Заречная, т. н. 8 мост пешеходный у поссовета) в процентах от первой к последующей. Кривая (2) на графике рисунка 1, которая характеризует т. н. 7, мост по улице Заречная, показывает преимущественно отрицательные значения отклонения речного стока в течение двух лет в этой точке наблюдений, т. е. расход р. Белая в этом месте почти всегда ниже, чем в вышележащей по течению точке наблюдения.

На площади водосбора р. Белая выше по течению от плотины Исаковского водохранилища расположены несколько крупных закрытых шахт (далее — з. ш.): «Фащевская», им. С. В. Косиора, ТГК им. Артёма, включающий з. ш. «Романовская», з. ш. им. Артёма, з. ш. «Перевальская». З. ш. «Селезнёвская Восточная» входит в состав з. ш. «Переваль-ская». Закрытые шахты затапливаются, и только одна ликвидируемая шахта «Фащев-ская» по состоянию на 2023 год работает в режиме водоотлива. В отношении ВОК и ТКП шахты «Фащевская» планируется смена технологического режима работы (перевод в режим охраны объекта) в июле 2023 г.

Водоотливной комплекс (ВОК) з. ш. «Романовская» остановлен весной 2020 г.

Закрытые шахты подработали значительную часть бассейна р. Белая до плотины Исаковского водохранилища — 68 км2 (15 % от водосборной площади Исаковского водохранилища). Большая часть подработанной территории приходится на участок между пгт Селезневка и пгт Бугаевка вблизи Исаковского водохранилища (рис. 1).

Рисунок 2 — Сводная схема горных выработок, расположенных в зоне водосбора участка р. Белая

от пгт Селезневка до Исаковского водохранилища

- горные выработки закрытых шахт "Селезневская Восточная" и "Перевальская", пласты кз", к3и

- горные выработки закрытой шахты "Перевальская", пласт к5

- горные выработки закрытой шахты "Перевальская", пласт кь

- горные выработки закрытой шахты "Перевальская" по пластам к", кп

- горные выработки закрытой шахты "Перевальская" по пластам 1\, /2', /гв, /гн, /з, /4, /5,1ь+1ьа, Ь+Ь"

- старые горные работы;

- - границы полей шахт --угольный пласт рабочей мощности;

- - - угольный пласт нерабочей мощности;

- угол и направление падения угольного пласта;

_1_1 - тектонические нарушения, выходящие на дневную поверхность

- место подработки поймы реки Белая, порядковый 10 м номер на схеме, угольный пласт, глубина;

КУ|АНИКА

территория населенного пункта, его название;

- автодорога;

- железная дорога;

- река, ее название, направление течения, 23 1 абсолютная отметка уровня реки (в мБС)

Данные наблюдений по состоянию на 24.10.2022

1 (2994) - точка наблюдения, ее номер,

в скобках - расход реки Белой в куб.м/час;

▲ - точка наблюдения, ее номер, 4 ' в скобках - суммарный расход в водотоках

самоизливающихся скважин, в куб.м/час. - точка наблюдения, ее номер, в скобках -

3 (407; +122,5) суммарный расход излива шахтных вод в районе сбойки, шурфа или ствола закрытых шахт, в куб.м/час, абсолютная отметка, мБС ^ - колодец, абсолютная отметка в мБС, к. (+122,0; 2,54) уровень воды, м.

Г1 -

линия разреза;

- вертикальные и наклонные стволы закрытых шахт;

- сбойки,

- шурфы;

Рисунок 3 — Условные обозначения к сводной схеме горных выработок, расположенных в зоне водосбора участка р. Белая

от пгт Селезневка до Исаковского водохранилища

Так, например, горными выработками шахт по пластам к3в, к51 южного крыла Селезнёвской синклинали подработан участок р. Белая между населёнными пунктами Селезнёвка и Бугаёвка в следующих местах (условный знак ^ на рис. 2):

- в 300 м восточнее железобетонного моста через р. Белая в северной части пгт Селезнёвка (в районе т. н. 1 на рис. 1), пласт к3в, глубина подработки 172 м;

- в 350 м ниже по течению реки, пласт к3в, глубина подработки 197 м;

- в западной части пгт Бугаёвка, пласт к3в в пределах глубин подработки 198-269 м;

- пгт Бугаёвка, в районе ликвидированной шахты Дельта II, пласт к3в, глубина подработки 130 м;

- выше по течению в 150 м от моста по ул. Заречная (т. н. 7), пласт к5, ликвидированная шахта «Брагилевская», глубина подработки 45-80 м (также рис. 4 — схематический геологический разрез).

Протяжённость участка поймы р. Белая от створа в северной части пгт Селезнёвка до створа у поссовета пгт Бугаёвка (принято для замеров как место впадения) составляет 7,2 км, из них подработано горными выработками шахт 4,8 км (66,7 %).

Таким образом, наблюдается закономерное увеличение речного стока по мере увеличения площади водосбора на участке р. Белая от пгт Селезнёвка (т. н. 1 на рис. 2) до точки наблюдения в пгт Бугаёвка — железный пешеходный мостик по ул. Белякова (т. н. 4 на рис. 2), затем ниже по течению в пгт Бугаёвка, в т. н. в районе моста по ул. Заречная (т. н. 7 на рис. 2), прослеживаются фильтрационные потери, происходит снижение речного стока. Далее в т. н. 8 на рисунке 2 пгт Бугаёвка, железобетонный пешеходный мостик за поссоветом, также происходит снижение в определённое время года объёма речного

Библиографический список

стока, вплоть до впадения реки в Исаков-ское водохранилище (табл. 1, рис. 1).

На схематическом геологическом разрезе (рис. 4) показаны глубины подработки русла р. Белая, а также зоны опасного влияния.

Выводы. В горном массиве после отработки угольных пластов за более чем 100-летний период произошли значительные процессы изменения структуры подработанного горного массива, а также изменения фильтрационных и физико-механических свойств пород, связанные с оседанием пород над выработанным пространством. Произошло смещение и разупрочнение горного массива, образование повышенной техногенной трещиноватости (зоны водопроводящих трещин) на шахтном поле закрытой шахты «Селезнёвская Восточная» на площади 8,1 км2. Вся водосборная площадь участка р. Белая между створами пгт Селезнёвка и створом у поссовета пгт Бугаевка составляет 33 км . Практически подработано на этом участке р. Белая 21,3 км2 или 64,5 % водосборной площади.

Горные выработки шахт и повышенная техногенная трещиноватость горного массива являются путями миграции газов и воды, как излива подземных вод на дневную поверхность земли, так и обратного процесса — дренирования поверхностных вод, что и происходит на участке р. Белая от пгт Селезневка до места впадения в Исаковское водохранилище.

Исследование трансформации породных толщ в результате водонасыщения массива, в частности, под влиянием затопления угольных шахт, находится на начальной стадии развития. Его обнаружение и разработка связаны в основном с исследованиями А. В. Мохова. Развивающиеся на участках текущих и прошлых разработок гидродинамические события служат проявлением гид-рогеодеформационного поля [5].

1. СП 33-101-2003. Определение основных расчетных гидрологических характеристик / ГГИ

Росгидромета. М. : Госстрой России, 2004. 75 с.

Экологический вестник Донбасса 2023. № 9

Региональная экология и природопользование

2. Крамаренко А. А., Лысенко И. Л., Коптева А. К. Оценка водно-ресурсного потенциала и факторов, влияющих на его формирование в Луганской Народной Республике : комплексный отчет. Луганск : Минприроды ЛНР, 2021. 379 с.

3. Крамаренко А. А., Коптева А. К., Лысенко И. Л. Отчет о результатах мониторинга состояния окружающей среды Исаковского водохранилища и прилегающих территорий. Кн. 1. Луганск : Минприроды ЛНР, 2023. 131 с.

4. Справочник по охране недр. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях. М. : Горное дело ООО «Киммерийский центр», 2011. 295 с. (Библиотека горного инженера; кн. 2. Т. 7 : Охрана недр).

5. Мохов А. В. Трансформация гидродинамических характеристик горного массива на участках освоения каменноугольных залежей подземным способом : дис. ... д-ра техн. наук. Ростов-на-Дону, 2015. 363 с.

© Коптева А. К.

Рекомендована к печати к.г.н., доц. каф. географии ДГПУКраснокутской Н. С.,

к.т.н., доц. каф. ЭБЖД ДонГТУПавловым В. И.

Статья поступила в редакцию 27.05.2023.

Kopteva A. K. (Ministry of Natural Resources of the LPR, Lugansk, LPR, Russia, [email protected]) ON THE IMPACT OF UNDERGROUND COAL MINING ON THE WATER RESOURCES OF THE BELAYA RIVER AND THE FILLING OF THE ISAKOVO STORAGE LAKE SITUATED IN THE LUGANSK PEOPLE'S REPUBLIC

The work is devoted to one of the specific factors that is typical for coal-producing regions and significantly affects the state of water resources, namely, the underworking of the channel and basin of the Belaya River (Perevalsk area of the LPR) by mine workings of closed mines. The paper describes the underworking degree of the Belaya River basin within Seleznevka village and river's confluence with the Isakovo storage lake, shows the depths of the underworking of the Belaya River channel and the zone of dangerous influence. The dependence is revealed of the water resources state of the small Belaya River and filling of the Isakovo storage lake on the depth of mining in closed mines within in the river basin.

Key words: small rivers, water resources, Belaya River, Isakovo storage lake, river runoff, runoff transformation, river discharge, undermining by mine workings.