Оценка влияния на окружающую среду процессов отвалообразования (на примере Львовско-Волынского угольного бассейна Украины) Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

----------------------------- © А.И. Горовая, А.В. Павличенко,

С.Л. Кульша, 2009

УДК 581.143:581.192

А.И. Горовая, А.В. Павличенко, С.Л. Кулына

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ ПРОЦЕССОВ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ЛЬВОВСКО-ВОЛЫНСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА УКРАИНЫ)

ТТ ьвовско-Волынский угольный бассейн - один из наи-

*/ж. больших угольных бассейнов Украины. Территория угольного бассейна состоит из трех геолого-промышленных регионов - Нововолынского, Червоноградского и Юго-Запад-ного. Среди перечисленных горнодобывающих регионов Червоноградский считается одним из техногенно-нагруженых в бассейне. Здесь уже более 50 лет проводится добыча каменного угля подземным способом, что и привело к значительным изменениям состояния окружающей среды, поскольку на территории 180 км2 расположено 12 шахт и одна обогатительная фабрика (ЦОФ). Добыча угля в регионе привела к формированию сложной экологической ситуации, произошла трансформация природных ландшафтов и их компонентов, образовались техногенные и природно-техногенные формы рельефа, в окружающую среду поступали химические элементы и соединения не свойственные ей, кроме того, под техногенные объекты - терриконы изъяли значительные территории плодородных земель.

Выше перечисленные обстоятельства усложняются социальноэкономическими проблемами (снижением рентабельности угледобычи, закрытием шахт, безработицей, экономическим кризисом и социальной напряженностью), все это подтверждает актуальность здесь мониторинговых экологических исследований, а также выявление воздействия процессов отвалообразования на экологическое состояние компонентов окружающей среды и здоровья населения.

Контроль качества окружающей среды, как правило, проводят с использованием физико-химических исследований, которые позволяют определить концентрации загрязнителей, но не всегда по-

зволяют качественно определить их общее влияние на живые организмы. Поэтому, очень широко для проведения мониторинга, кроме физико-химических анализов используют биологические исследования, которые интегрально их дополняют.

Целью исследований была оценка влияния на окружающую среду породных отвалов угледобывающих предприятий Червоно-градского региона.

Основным "производителем" твердых промышленных отходов в регионе являются предприятия угольной промышленности и ЦОФ. На территории региона находится 15 породных отвалов, 14 из них эксплуатируются. Характеристика основных породных отвалов составлена на основании паспортов породных отвалов по состоянию на 01.01.08 г., и приведена в табл. 1. Общая площадь породных терриконов в регионе составляет 265,9 га [1].

Анализ компонентного состава породы в терриконах выявил, что в основном это - аргиллиты, алевролиты, угольные сланцы, каменный уголь. Порода представлена обломочно-зернистыми составляющими - красной, серой и черной породой с размерами кусков 150-200 мм.

Деформационные процессы на породных терриконах шахт характеризуются образованием в разных частях терриконов вымоин, ширина которых 2-4 м, а глубина 1-3,5 м, через которые наблюдается перемещение породы на расстояние до 6 м.

Более 70% отходов в терриконах составляют глинистые аргиллиты, которые способны задерживать тяжелые металлы ^, V, В, Р, 2п, РЬ, В^ Со), а в результате высокого содержания сульфидной серы (пирита) - ^ и As. Большое содержание серы в породных отвалах способствует формированию ореолов кислых вод в подножьях терриконов [1].

Породные терриконы, кроме химического загрязнения грунтов, также загрязняют атмосферный воздух. Вредные компоненты породы, выдуваемые ветрами и вымываемые из отвалов дождевыми потоками и талыми водами, приводят к загрязнению не только грунтов, атмосферы, но и водных объектов региона.

Для оценки интенсивности антропогенного воздействия на качество окружающей среды был применен морфометрический

199

Таблица 1

Характеристика породных отвалов Червоноградского горнопромышленного региона

Шахта Форма Высо-та, м Наличие деформации Площадь основы, тыс. м2 Объем породы 3 тыс. м

Великомостовская хребтовая 8,9 эрозийные 1,4 3,9

коническая 16,5 размывы склонов 65,7 442,8

плоская 5,9 20,7 105,5

Межыричанская плоская 10-12 отсутствует 272 1946

Возрождения коническая 40 отсутствует 65,650 1300

плоская 30 отсутствует 144 2536

Лесная коническая 34,6 отсутствует 46 834

коническая 300 отсутствует 45 609,4

плоская 11,5 отсутствует 50,520 591,04

Заречная коническая 41 отсутствует 163,4 2400

Степная коническая 16 отсутствует 118,9 2883

Бендюжская (закрыта) коническая 32 отсутствует 44 519

Червоноградская плоская 35 отсутствует 142 29,1

Визейская плоская 60 эрозийные размывы склонов 210 6533

ЦОФ плоская 68 эрозийные размывы склонов 75 13000

подход, основанный на оценке внутрииндивидуальной изменчивости морфологических структур, в частности, степени выраженности флуктуирующей асимметрии (ФА) организмов [2, 3]. Для определения влияния компонентов породных отвалов на развитие и рост древесно-кустарниковых пород, которые растут на терриконах, измеряли окружности стволов на высоте 1,3 м и их высоту.

Для оценки состояния воздушного бассейна в зоне влияния породных терриконов использовали методологию [4, 5], которая используется для оценки уровня повреждения биосистем с использование цитогенетических методов. Токсичность и мутагенность атмосферного воздуха, в зоне влияния породных отвалов определили с помощью цитогенетического теста ("Стерильность пыльцы растений"), который заключается в учете частоты встречаемости стерильных пыльцовых зерен.

Для оценок антропогенного влияния процессов отвалообразо-вания на качество окружающей среды в регионе исследования проводились на породных терриконах шахты «Великомостовская» с помощью ФА, состояния воздушного бассейна - с использованием цитогенетического теста ("Стерильность пыльцы растений"). В качестве контроля был избран населенный пункт, где отсутствуют угледобывающие предприятия, а также отмечается минимальное влияние других антропогенных факторов - с. Волыця Львовской области.

Анализ состояния породных отвалов свидетельствует о низкой эффективности и незавершенности рекультивационных работ. Работы по предотвращению отрицательного влияния породных терриконов в регионе проводятся с 60-х годов ХХ ст., но в основном они направлены на реализацию комплекса профилактических мер, направленных на устранение самозагорания терриконов и и проведение рекультивации земель в местах проседания. Биологический этап рекультивации на породных отвалах полностью отсутствует. Такая ситуация в первую очередь связана главным образом с недостаточным финансированием этих работ. В основном на терриконах происходит самозарастание, а если терриконы имеют крутые откосы, то растительность отсутствует полностью.

Следует отметить, что процессы самозарастания происходят не одинаково. На породных отвалах, которые находятся в зоне сельскохозяйственных угодий, преобладают травянистые растения, а в зоне лесов - лесная растительность. Зарастание пород-

ных отвалов, как правило, происходит с подножья, где процессы роста происходят более-менее равномерно, тогда как в верхней части породных отвалов рост заметно уменьшается. Растительность породных отвалов представлена 147 видами травянистых и 27 видами древесно-кустарниковых растений, которые принимают участие в процессах самозаростания. Из общего количества древесно-кустарниковых пород наибольше распространены на породных отвалах береза повислая (Betula pendula Roth), осина (Populus trémula L.), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), робиния псевдоакация (Robinia pseudoacacia L.), верба козья (Salix caprea L.) [6].

Характеристика распространения древесно-кустарниковых пород и результаты измерения их морфометрических показателей представлены в табл. 2.

Анализ данных табл. 2 позволяет сделать вывод, о том, что самые высокие показатели высоты растений и диаметра ствола наблюдались в подножьях породных отвалов, поскольку на верхних частях терриконов интенсивно проявляются дефляционные процессы.

Природные территории могут существенно различаться по показателям нарушения стабильности развития организмов вследствие воздействия биотических и абиотических факторов. Так, повышение уровня асимметрии может наблюдаться в условиях усиления межвидовой и внутривидовой конкуренции, например на сильно затененных более высокими деревьями участках, в лесных стациях с высокой густотой древостоя, также повышенный показатель асимметрии может быть отмечен у деревьев, произрастающих на обедненных почвах, например на склоне породных терриконов. Результаты исследований показателей ФА березы повислой (Betula pendula Roth) приведены в табл. 3.

Показатель ФА (средние значения) для образцов, которые растут на терриконе, в 2,3 раза превышали аналогичный в контроле. В соответствии с данными табл. 3 (показателей асимметрии) определен наименьший балл I в с. Волыця, характеризующий качество окружающей среды, как "условная норма". Необходимо отметить, что хотя числовые значения показателей

202

Таблица 2

Характеристика древесно-кустарниковых пород породных отвалов Червоноградского горнопромышленного региона

Древесно-кустарниковая порода Диаметр ствола, min - max , м среднее Высота min - max , м среднее Условия произрастания на породном отвале

Береза повислая 0,12 - 0,60 0,31 1,5 - 25 8 преимущественно в местах залегания перегорелой породы

Осина 0,3 - 0,7 0,41 2,2 - 20 14,2 в подножье терриконов

Сосна обыкновенная 0,12 -1,35 0,36 0,5 -11 5 подножье и пологие склоны терриконов

Робиния псевдоакация 0,3 - 0,7 0,51 1,2 - 9 4,6 в подножье терриконов

Верба козья 0,42 -1,05 0,67 1,3 - 4,5 2,8 в подножье терриконов и на крутых склонах

Таблица 3

Показатели ФА березы повислой на породных отвалах шахты "Великомостовская", 2008 г

Характеристика Местоположение мониторинговой точки Показатели ФА

п Х 1+ 3

террикон шахты "Великомостовская " Св часть подножья террикона 10 0,076 ± 0,008

Южное подножье террикона 10 0,059 ± 0,006

Вост. подножье террикона 10 0,064 ± 0,007

Западное подножье террикона 10 0,056 ± 0,008

склон террикона Юж. часть 10 0,089 ± 0,008

склон террикона Вост. часть 10 0,075 ± 0,012

склон террикона Сев. часть 10 0,085 ± 0,012

склон Зап. часть 10 0,061 ± 0,0061

верхняя часть террикона - плато 10 0,086 ± 0,007

верхняя часть террикона- плато 10 0,089 ± 0,008

среднее значение по террикону 100 0,074 ± 0,004

среднее значение по с. Волыця (контроль) 100 0,031 ± 0,002

Примечание:

п - количество обработанного материала, Х- величина асимметрии в выборке, т - ошибка репрезентативности.

203204

Таблица 4

Биоиндикационная оценка состояния атмосферного воздуха в зоне влияния породного террикона шахты "Великомостовская " за период 2005-2008 гг. (средние значения)

= = Характеристика мониторинговой точки террикона Фитоиндикатор И И Уровень повреждения биосистемы1 Состояние биосистемы2 Категория экологической безопасности атмосферы3

1 Вост.часть склона береза повислая 0,468 С У УО

2 Зп. часть склона береза повислая 0,435 С У УО

3 Св.часть склона береза повислая 0,450 С У УО

4 Св-Зп. подножье ромашка 0,507 ВС КР О

5 Св.-Зп. подножье тысячелистник 0,466 С У УО

7 Зп. часть подножье акация 0,262 С К УО

ИУПП по террикону 0,431 ± 0,032 С У УО

контроль с. Волыця 0,128 + 0,022 Н Э Б

Примечание: 1 уровень опасности для биоты Н - низкий, С - средний; ВС - выше среднего;2 состояние биосистемы: Э -эталонный, К - конфликтный, У - угрожающий, КР - критический; ъкатегория экологической безопасности атмосферы: Б -

асимметрии в разных частях терриконов отличались между собой, они все получили наивысший V балл, что позволяет охарактеризовать качество окружающей среды, как "значительное отклонение от нормы".

Таким образом, данные табл. 3 свидетельствуют о том, что угольные терриконы существенно влияют на уровень ФА листьев березы повислой в сравнении с контролем.

Результаты цитогенетической оценки состояния воздушного бассейна в зоне влияния породных отвалов, представленные в табл. 4, позволили оценить состояние атмосферного воздуха, в районе влияния террикона шахты, как "умеренно опасное", а уровень повреждения биоиндикаторов - "средний".

В соответствии с методикой [4, 5] значения нормативного интегрального условного показателя повреждения (ИУПП) принимают равным 0,3 у.е. Анализ полученных результатов выявил, что в зоне действия террикона отмечается отклонения состоянии биосистем от нормы на 43%.

При сравнении данных стерильности пыльцы растений, произрастающих на терриконах, с результатами в контроле, сделан вывод о том, что у биоиндикаторов, которые отбирались на территории, где отсутствует влияние горных предприятий, числовые значения стерильности пыльцы растений меньше в 2-15 раз.

Анализ данных позволил выявить "эталонную" экологическую ситуацию на контрольной территории и "умеренно опасную" - на породном отвале.

Для предотвращения негативного влияния на окружающую среду процессов отвалообразования в Червоноградском горнопромышленном регионе рекомендуется:

1. Внедрять в технологический процесс угледобычи современные технологии, с учетом полной либо частичной закладки породы в отработанное пространство горных выработок;

2. Проводить детальный химический анализ породы, которая будет использоваться для рекультивации нарушенных земель под сельскохозяйственные угодья;

3. Использовать твердые отходы угледобычи и обогащения для строительства дорог, строительства защитных сооружений (дамб), изготовления строительных материалов (шлакоблоков, кирпича). Особое внимание необходимо уделить гравитацион-

ным отходам углеобогащения, в которые по сравнению с шахтными породами характеризуются большим содержанием угольной составляющей (до 20-30 %), что позволит использовать породные отвалы, как высокозольное низкокалорийное топливо. Термическая обработка отходов угледобычи в наземных газогенераторах предоставит возможность получения смол, попутного извлечения редких и рассеянных элементов с последующим использованием зол и шлаков в строительстве;

4. При ликвидации шахт обязательно проводить рекульти-вационные работы с озеленением лесонасаждениями и посевом многолетних трав, для снижения уровня техногенного загрязнения природной среды токсичными компонентами отвальных пород и повышения биологической продуктивности нарушенных земель и окружающих территорий и обеспечит улучшение санитарно-гигиенических условий проживания населения в горняцких районах.

Выводы

Установлено, что породные отвалы это один из основных источников загрязнения окружающей среды, поскольку по показателю ФА они получили наивысший V балл, что характеризует качество окружающей среды, как "значительное отклонение от нормы". В соответствии с результатами цитогенетической оценки воздушного бассейна, в зоне влияния породных отвалов, уровень повреждения биоиндикаторов определен как "средний", а экологическая ситуация как "умеренно опасная". Этап биологической рекультивации на породных отвалах отсутствует но, несмотря на это, происходит естественное самозарастание отвалов.

----------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Аналитическая справка Управления охраны окружающей среды в Львовской области по Сокальскому административному району и Червоноградскому промышленному району состоянием на 01.01.2009 г.

2. Захаров В.М., Чубинишвили А.Т., Дмитриев С.Г. и др. Здоровье среды: практика оценки. - М.: Центр экологической политики России, 2000. - 318 с.

3. Методические рекомендации по выполнению оценки качества среды по состоянию живых существ (оценка стабильности развития живых организмов по уровню асимметрии морфологических структур). Утверждено Распоряжением Ро-сэкологии № 460-р от16.10.2003. - М., 2003. - 25 с.

4. Методологические аспекты оценки мутагенного фона и генетического риска для биоты от действия мутагенных экологических факторов / А.И. Горовая,

Л.Ф. Бобырь, Т.В. Скворцова и др. // Цитология и генетика. - 1996. - № 6(30). - С. 78-96.

5. МР 2.2.12-141-2007. Обстеження та районування території за ступенем впливу антропогенних чинників на стан об'єктів довкілля з використанням інтегральних цитогенетичних методів оцінки / Горова А.І., Риженко С.А., Скворцова Т.В. - Київ: "Полімед", 2007. - 35 с.

6. Башуцька У.Б. Озеленення породних відвалів шахтарського Червоногра-да Львівщини // Наук. Вісн. УкрДЛТУ. - Львів: УкрДЛТУ. - 2002. - Вип. 12.4. - С. 202-204. \ЕШ

— Коротко об авторах --------------------------------------------------

Горовая А.И. - доктор биологических наук, профессор, академик НАНУ, заведующая кафедрой Павличенко А.В. - кандидат биологических наук,

Кулына С.Л. - преподаватель,

Национальный горный университет, кафедра экологии, г. Днепропетровск, Украина.

E-mail: lena148@ukr.net