CC BY
17
УДК 556. 332. 4
i
Гежий А. И.
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЕРРИТОРИИ ЗАПАДНОГО ДОНБАССА НА ПРИМЕРЕ ОТВАЛА Ш. САМАРСКОЙ
Днепропетровский национальный университет имени О. Гончара
Изучено влияние породных отвалов Западного Донбасса на окружающую среду. Проанализированы режимные наблюдения по водоносным горизонтам. С целью оценки уровня загрязнения подземных вод выполнено прогнозный расчет по схеме «поршневое вытеснение».
Ключевые слова: породный отвал, минерализация, водоносный горизонт, загрязнение.
Вивчено вплив породних вiдвалiв Захвдного Донбасу на навколишне середовище. Проаналiзованi режимш спостереження по водоносним горизонтам. З метою ощнки ртия забруднення пвдземних вод виконано прогнозний розрахунок за схемою «поршневе виткнення».
Ключовi слова: породний вiдвал, мiнералiзацiя, водоносний горизонт, забруднення.
The influence of the Western Donbas waste dumps on the environment were studied. The operating monitoring aquifers were analyzed. The prediction calculation on a «piston displacement» were performed with intent to assess the level of pollution of groundwater.
Keywords: rock spoil heap, mineralization, aquifer, pollution.
Постановка проблемы.
Возрастающее влияние угольной добычи на природную среду и последствия работы угольной отрасли в виде шахтных отвалов и других аспектов негативно сказываются на состоянии экологической ситуации региона. Отвалы угольных шахт горят, пылят и эродируют. В результате физического и химического выветривания порода разрушается, превращается в пыль и вместе с горючими газами и очагом горения является одним из основных источников загрязнения атмосферы и ухудшения санитарного состояния городов и рабочих поселков угледобывающих шахт. Пыление шахтных отвалов значительно и не лимитируется увлажнением поверхности в результате постоянно выпадающих осадков. В связи с этим возникает необходимость в разработке способов снижения негативного влияния шахтных отвалов на природную среду.
Вредное воздействие породных отвалов угольных шахт на окружающую среду исследовано многими авторами.
Основные исследования были сделаны Евграшкиной Г.П., и описаны в монографии. [i]
Изложение основного материала.
Горнодобывающее предприятие - шахта, является одним из основных нарушителей и загрязнителей окружающей природной среды. Поверхностный комплекс любой шахты Западного Донбасса содержит более 50 источников, загрязняющих атмосферу, гидросферу и литосферу. Оценивая степень влияния источников загрязнения окружающей природной среды следует отметить, что основная его часть приходится на породные отвалы. Для контроля над состоянием породного отвала необходимо проводить постоянный мониторинг режима подземных вод, а также оценку влияния породных отвалов на окружающую среду.
©А.И. Гежий, 2013
В пределах центральной группы шахт влиянию шахтного водоотлива в наибольшей степени подвержен режим подземных вод водоносного комплекса каменноугольных отложений, снижение уровня воды в которых определяется глубиной ведения горных работ. Характерной особенностью режима подземных вод этого горизонта являются значительные понижения уровня воды, с проявлением периодических подъемов, обусловленных изменением величины шахтных водопритоков, направлением ведения горных работ. Величина понижения уровня воды в наблюдательной скважине зависит от ее глубины, удаления от горных выработок, площади выработанного пространства, степени водообильности водовмещающих пород в естественных условиях и пр.
По данным Павлоградской геологоразведочной экспедиции режим подземных вод бучакского водоносного горизонта, который залегает непосредственно на породах карбона, обусловлен как шахтным водоотливом, так и водоотбором на Вербском и Терновском водозаборах, расположенных на территории шахтных полей.
На режим подземных вод горизонтов, залегающих выше бучакского, преобладающее влияние оказывают факторы, определяющие относительно ограниченное изменение уровня воды (инфильтрация из прудов-накопителей, подпор, подтопление, затопление подработанных территорий, рекультивация земель).
Минерализация подземных вод за 2011 г составляет: в водоносном горизонте бучакских отложений - 0,8 г/дм3, в обуховских - 0,2-0,6 г/дм3, в межигорском - 0,5 -2,3 г/дм3, в олигоцен-миоценовых и четвертичных отложениях - 0,5-3,9 г/дм3.
Основными факторами, определяющими изменение гидрогеологических условий в пределах горных отводов шахт Западного Донбасса и на прилегающих территориях, остаются шахтный водоотлив, влияние шахтных отвалов и водоотбор на водозаборах подземных вод.
По геологическим условиям, обусловливающим формирование водопритоков, шахтные поля Западного Донбасса делятся на :
- шахтные поля "открытого" типа, где угольные пласты, подлежащие отработке, являются "открытыми" в пределах всей площади шахтного поля. К ним относятся поля шахт Першотравневой, Степной, Юбилейной, им. Сташкова;
- шахтные поля "полуоткрытого" типа, где отрабатываемые пласты имеют гидравлическую взаимосвязь с водами посткарбоновых отложений в пределах части шахтного поля (шахты Благодатная, Павлоградская, Терновская, Самарская, Днепровская).
- шахтные поля "закрытого" типа, в пределах которых угольные пласты, подлежащие отработке, являются "закрытыми" на всей площади шахтного поля (им. Героев Космоса, Западно-Донбасская).
Отрабатываются пласты «закрытого» типа, которые не имеют гидравлической связи с водоносными горизонтами покровных отложений в пределах всей площади шахтного поля (шахты им.Героев Космоса, Западно-Донбасская), а также угольные пласты «полуоткрытого» типа, которые имеют гидравлическую связь с горизонтами покровных отложений в пределах части шахтного поля ( шахты Павлоградская, Благодатная, Терновская, Самарская).
На шахтах с «закрытыми» угольными пластами водопритоки формируются за счет естественных запасов вод каменноугольных отложений и отличаются малыми величинами (35,0 -52,0 м3/час), минерализация шахтных вод высокая и составляет 25,8 - 32,3г/дм3.
Водопритоки на шахтах «полуоткрытого» типа формируются за счет статических запасов вод каменноугольных отложений, а также частичного поступления из горизонтов покровных обложений и характеризуются более высокими значениями ( 235 - 428 м3/час ). Минерализация откачиваемых шахтных вод (2,6 - 16,1 г/дм3)
Режим подземных вод вышележащих водоносных горизонтов зависит от степени «открытости» отрабатываемых угольных пластов, обуславливающей интенсивность поступления подземных вод в горные выработки шахт, взаимосвязи водоносных горизонтов.
Закрытая разработка месторождений полезных ископаемых обычно характеризуется более интенсивным загрязнением подземных вод.
С целью оценки уровня загрязнения подземных вод было произведено прогнозный расчет по схеме «поршневое вытеснение» на примере породного отвала ш. Самарская.
При плановом поршневом вытеснении пресной воды минерализованным раствором плотностная конвекция способствует деформации фронта вытеснения, происходит более быстрое продвижение тяжелой жидкости по подошве пласта. В схеме «поршневое вытеснение» принимается, что все частицы воды движутся в каждом сечении с одинаковой скоростью.
Особенности миграции во многом определяются комбинированным действием двух механизмов - плотностной конвекции и поперечной гидродисперсии. [2]
При поршневом вытеснении любой мигрант считается нейтральным, т.е. не взаимодействует с породой и другими компонентами. Схема «поршневое вытеснение» означает вытеснение в пористой среде одной несмешивающиеся жидкости другой. Зона поршневого вытеснения находится по формуле: [3]
L = (V • *) / п,
где L - протяженность зоны поршневого вытеснения, м; V - скорость фильтрации, м / сут; t - срок прогноза, сутки;
п - эффективная пористость водовмещающих пород, д. е.
Для решения прогнозной миграционной задачи необходимо выполнить оценку миграционных параметров, которые входят в уравнение массопереноса. Скорость фильтрации V по створу определяется с помощью формулы Дарси. [4]
V = Н1"Нз■к
где V - скорость фильтрации, ; Н1 - абсолютная отметка уровня воды в отвале, м; Н2 - абсолютная отметка воды в реке, м; L - расстояние между речкой и отвалом, м; k - коэффициент фильтрации, м/сутки
Все величины были рассчитаны с помощью программы Microsoft Excel и представлены в таблицах 1 и 2. Расчет загрязнения выполнено на 30 (2042) и 50 (2062) лет.
Таблица 1
Результаты расчета загрязнения на 2042 г._
1 Н реки 1_ V 1_загрязнение
30 65,5 11500 0,001412174 88,36174
65,8 8500 0,001787059 111,8188
66,25 4500 0,003025556 189,3133
66,31 5000 0,002681 167,754
66,32 7000 0,00191 119,5114
67,03 6000 0,001814167 113,515
67,16 5500 0,001896364 118,6582
67,32 5000 0,001974 123,516
Таблица 2 Результаты расчета загрязнения на 2062 г.
1 Н реки 1_ V 1_загрязнение
50 65,5 11500 0,001412174 147,2696
65,8 8500 0,001787059 186,3647
66,25 4500 0,003025556 315,5222
66,31 5000 0,002681 279,59
66,32 7000 0,00191 199,1857
67,03 6000 0,001814167 189,1917
67,16 5500 0,001896364 197,7636
67,32 5000 0,001974 205,86
Выполненный расчет по схеме «поршневое вытеснение» показывает, что максимальное загрязнение от отвала ш. Самарская к р. Самара через 30 лет будет на расстоянии 189, 31 м и через 50 лет на расстоянии 315, 52 м.
Выводы:
1. В районах породных отвалов воды первого от поверхности водоносного горизонта имеют повышенную минерализацию, высокие содержания сульфатов, низкие значения рН.
2. Загрязнение территории осуществляется по склону к реке.
Библиографические ссылки
1. Евграшкина Г.П. Влияние горнодобывающей промышленности на гидрогеологические и почвенно-мелиоративные условия территорий / Г. П. Евграшкина -Днепропетровск; 2003 - 200 с.
2. Мироненко В.А. Проблемы гидрогеоэкологии Том 1 Теоретическое изучение и моделирование геомиграционных процессов / В.А. Мироненко, В.Г. Румынин - М.; 1998 -109 с.
