CC BY
15
УДК 504.4.0Б(1/Э):Б28.14:Б22.53 Б01: 10.15587/2312-8372.2016.87245
повышение экологической безопасности отведения шахтных вод во львовско-волынском угольном бассейне
Рассмотрены варианты корректировки системы регулируемого отведения шахтной воды на период строительства угледобывающей шахты «Любельская» № 1-2. Выполнены выбор и эколо -гическое обоснование вариантов сброса возвратных шахтных вод в канал «Бутынский». Обоснована схема отведения разбавленных шахтных вод по каналу «Бутынский» в р. Рата (Украина). Доказана необходимость реализации водоохранного мероприятия — мониторинга качественного состава отводимых шахтных вод в речные системы.
ключевые слова: шахтные воды, строительство угледобывающих шахт, система регулируемого сброса шахтных вод.
маркина н. к., Бабаев м. в., Доценко Е. А.
1. введение
Одним из источников наполнения сырьевого рынка Украины углем высокого качества является строительство новых современных шахт. Одной из таких будет перспективная шахта «Любельская» № 1-2 (Львовско-Волынский угольный бассейн, Украина). Целесообразность строительства шахты «Любельская» № 1-2 вызвало наличие значительных запасов коксующегося угля на Любельском месторождении и реалии, которые сложились в Украине в сфере энергоносителей. Это будет самая современная и высокоэффективная шахта государства. Целью строительства этой шахты является добыча более 8,0 млн. т рядового угля, или 6,2 млн. т концентрата в год, то есть в несколько раз больше угля, чем на всех ныне действующих предприятиях Западной Украины.
В соответствии с проектными решениями, при строительстве шахты «Любельская» № 1-2 Львовско-Волын-ского угольного бассейна, предусматривалась технология проходки шахтных стволов с первоначальным тампонажем пород верхнесеноманского водоносного горизонта, который содержит пресные подземные воды. При таком способе шахтный водоприток рассчитывался за счет притока только высокоминерализованных (около 20 г/дм3) вод нижнего каменноугольного горизонта. Это вызвало необходимость строительства комплекса по деминерализации шахтных вод перед их отведением по коллектору в р. Рата [1].
В результате изменения запроектированного способа проходки стволов, прогнозируется снижение минерализации шахтных вод на втором этапе основного периода строительства (на глубине 640-830 м) с 20 г/дм3 до 5-6 г/дм3. Строительство запроектированного постоянного комплекса по деминерализации шахтных вод, рассчитанного на обессоливание воды с минерализацией 20 г/дм3, на данном этапе является нерентабельным и неэффективным. В связи с этим возникла необходимость пересмотра и корректировки системы отведения шахтных вод на период строительства.
2. объект исследования
и его технологический аудит
Объектом исследования является технологическая схема с регулируемым режимом отведения шахтных вод в речные системы и влияние на особо уязвимые компоненты окружающей среды — поверхностные и подземные воды изучаемого угледобывающего региона.
Изначально предусматривался сброс сточных вод шахты после смешивания по канализационному коллектору в реку Рата. Дождевые и дренажные стоки — в осушительную систему. Бытовые стоки после очистных сооружений — в пруд биологической доочистки (2 км от шахты) и далее в осушительную систему.
При согласовании земельного отвода под канализационный коллектор в р. Рата возникли осложнения, связанные с распаёвкой земель. В связи с этим на период строительства планируется построить эффективные малые очистные сооружения на центральной промплощад-ке шахты «Любельская» № 1-2, а отведение возвратных шахтных вод после смешивания осуществлять в реку Рата по каналу-коллектору «Бутынский» Бутынской осушительной системы.
Канал-коллектор «Бутынский» расположен на территории Жовковского и Сокольского районов Львовской области. Функциональное назначение канала «Бу-тынский» — борьба с подтоплением близлежащей территории.
Канал «Бутынский» впадает в р. Рата (правобережный приток). Общая его длина составляет 11,9 км, площадь водосбора — 22 км2. Бассейн канала расположен в западной части Малого Полесья и относится к бассейну р. Западный Буг. В верховьях канала рельеф холмистый, ниже — равнинный с небольшим перепадом высот.
Ширина русла 1-2 м, глубина меняется от 0,1 м в верховье до 1,2 м в устье канала. Глубина воды в межень 0,2-0,5 м, скорость течения 0,1-0,4 м/с; на перекатах увеличивается до 0,3-0,6 м/с. При прохождении паводков скорость течения увеличивается до 1,4 м/с, глубина до 2,0 м. Гидрологический режим канала «Бу-
тынский» характеризуется водностью, приемлемой для транспортировки шахтных вод.
В период стабильной эксплуатации, прогнозный нормальный водоприток в шахту будет составлять 145 м3/час. Возможны кратковременные (на протяжении 1-го месяца) притоки шахтных вод до 300,0 м3/час в зоне тектонических нарушений при пуске лав в эксплуатацию. Прием такого притока предполагается в пруды-отстойники шахтных вод, а также в пруд-усреднитель шахтных вод на площадке породного отвала, емкостью 690 тыс. м3.
Для обеспечения свободной резервной емкости прудов предполагается возможность периодического спуска (в пределах ПДС) возвратных вод в составе дождевых, дренажных и предварительно накопленных осветленных шахтных вод, с разбавлением последних до ПДК, в режиме расчетной пропускной способности Бутынского канала с расходом возвратных шахтных вод — 300 м3/час.
На момент исследований канал вдоль берегов и в русле зарос кустарником и деревьями. Русло канала заилено по всей длине. Поэтому необходимо осуществить реконструкцию канала «Бутынский» для транспортировки по нему шахтных вод. Предусмотрено расчищение и углубление русла канала.
При изменении запроектированного способа проходки стволов, прогнозируется снижение минерализации шахтных вод на втором этапе основного периода строительства (на глубине 640-830 м) с 20 г/дм3 до 5-6 г/дм3. Строительство запроектированного постоянного комплекса по деминерализации шахтных вод, рассчитанного на обессоливание воды с минерализацией 20 г/дм3, на данном этапе является нерентабельным и неэффективным. В связи с этим возникла необходимость пересмотра и корректировки системы отведения шахтных вод на период строительства.
3. Цель и задачи исследования
Целью работы является повышение уровня экологической безопасности отведения шахтных вод по каналам осушительной системы в пределах Львовско-Волынского угольного бассейна путем разработки и внедрения экологически приемлемой системы регулируемого сброса шахтных вод. Это в дальнейшем позволит минимизировать опасность, связанную с высоким уровнем минерализации сбрасываемых шахтных вод.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Обосновать целесообразность вывода деминера-лизационной установки из запроектированной схемы отведения шахтных вод на период строительства шахты «Любельская» № 1-2.
2. Выбрать вариант корректировки схемы отведения шахтных вод на втором этапе проходки стволов с учетом экологической безопасности.
3. Определить условия регулируемого сброса возвратных шахтных вод в разбавленном виде (после аккумуляции и смешивания шахтных с дренажными и дождевыми водами) в канал «Бутынский» Бутынской мелиоративной системы и далее — в реку Рата.
4. Анализ литературных данных
Уголь является главным энергоносителем Украины, и в условиях зависимости экономики страны от импор-
тируемых энергоносителей, в частности, природного газа и нефти, будет таковым и оставаться в перспективе [2].
Строительство шахты «Любельская» № 1-2 (Львов-ско-Волынский угольный бассейн) началось в 2008 г. на территории Жовковского района Львовской области. Это будет самая современная и высокоэффективная шахта Украины. На этой шахте планируется добывать более 8,0 млн. т. рядового угля, или 6,2 млн. т. концентрата в год [3].
Однако угледобыча является одной из наиболее экологически опасных направлений отрасли, оказывающей воздействие на все компоненты окружающей среды. Характерными направлениями негативного воздействия предприятий отрасли являются:
— загрязнение водных объектов шахтными, карьерными, производственными и хозбытовыми сточными водами, нарушение гидрологического режима поверхностных вод, гидродинамического и гидрохимического режима подземных вод;
— изъятие из землепользования и нарушение земель, загрязнение их отходами добычи и переработки угля;
— загрязнение воздушного бассейна выбросами горнотранспортного оборудования, промышленных и коммунальных котельных, горящих породных отвалов [4]. В число первоочередных задач в угольной промышленности Украины поставлены проблемы охраны окружающей природной среды и рационального природопользования. Практическому их решению предшествовало выполнение значительного количества поисковых, научно-исследовательских, опытно-конструкторских и проектных работ, которые направлены на создание технологических процессов и аппаратов, которые снижают вредное влияние деятельности предприятий угольной промышленности на окружающую среду.
Наиболее сложной и актуальной экологической проблемой угледобывающих регионов, по данным многих авторов [5-9], являются сбрасываемые в водные объекты шахтные воды, которые не соответствуют правилам охраны поверхностных вод по четырем критериям:
а) высокая минерализация, которая обусловливает непригодность речной воды для целей водоснабжения, рыборазведения и т. д.;
б) загрязненность взвешенными веществами (90100 мг/дм3), что вызывает заиливание;
в) бактериальная загрязненность;
г) повышенное содержание тяжелых металлов (их содержание превышает величины ПДК в 15 раз) [10].
В общем объеме сброса загрязненных сточных вод доля угольных предприятий составляет 7,3 % [11]. В настоящее время в Украине шахтные и карьерные воды угольной промышленности следует отнести к основным источникам засолонения природных водных объектов. Так, горнодобывающими предприятиями угольной промышленности сбрасывается в гидрологическую сеть более 700 млн. м3/год минерализованных вод. С карьерными и шахтными водами в природные водоемы, являющиеся источниками водоснабжения, сбрасывается около 5 млн. т. солей в год. Это существенно влияет на показатели качества воды в водных источниках, отражается на состоянии экологической безопасности водных объектов, величине затрат потребителей воды на водоподготовку и состоянии здоровья населения [12].
Шахтные воды образуются в результате вскрытия водоносных горизонтов подземными горными выработками
в процессе ведения подготовительных работ, а также путем проникновения поверхностных вод в выработанное пространство. Для обеспечения безопасных условий отработки залежей устраивается шахтный водоотлив, который действует круглосуточно.
Объем водопритока в шахту определяется климатическими и гидрогеологическими условиями месторождения, глубиной разработки, схемой вскрытия и отработки шахтного поля, системой разработки и другими факторами [13].
Обычно процессы угледобычи сопровождаются образованием значительных объемов шахтных вод, которые характеризуются высокой минерализацией в зависимости от литологического состава пород кровли и подошвы рабочих угольных пластов — горизонтов.
Основным и характерным показателем состава шахтных вод является минерализация, которая обусловлена содержанием хлоридов, сульфатов, кальция, магния и натрия, и бактериальное загрязнение. Традиционно шахтные воды отводятся в реки. Основная технология их подготовки перед сбросом в настоящее время — хлорирование, отстаивание и осветление в прудах-отстойниках [2].
Такое обращение с шахтными водами приводит к химическому загрязнению компонентов окружающей среды, особенно — поверхностных вод и взаимосвязанных с ними подземных вод.
Концентрации загрязняющих веществ в шахтных водах превышают установленные нормативы, создают повышенную экологическую опасность в местах их сброса в реки-приемники, что подтверждается результатами многолетних исследований в зависимости от этапов строительства и эксплуатации угледобывающих шахт.
Обоснованные с экологической и экономической точек зрения решения по развитию угледобывающей промышленности региона должны гарантировать экологическую безопасность населения, благоприятные условия проживания, минимальный ущерб природной среде, способствовать к внедрению современных технологий при устойчивом социально-экономическом развитии территории.
Таким образом, перспективным и актуальным направлением экологической безопасности является разработка технических решений, направленных на усовершенствование подготовки шахтных вод перед их сбросом и тем самым — на улучшение экологического состояния подземных и поверхностных вод в угледобывающих районах.
5. материалы и методы исследований
В методическую основу решения поставленных задач вошли теоретические положения и экспериментальные исследования по изучаемой проблеме. Были использованы стандартные общепринятые методы определения макро- и микрокомпонентного состава поверхностных вод.
Обработка данных для расчетов результатов различных вариантов отведения шахтных вод проводились с помощью математических расчетов и математической статистики, выполнялись с использованием табличного редактора Microsoft Office Excel.
В данной работе проанализированы и обобщены гидрогеохимические данные, которые были получены в ходе выполнения мониторинговых наблюдений в течение 3-х лет по контрольным наблюдательным створам канала «Бутынский» и р. Рата.
При разработке и выборе схем отведения шахтных вод в осушительную систему анализировались, оценивались и учитывались:
а) количество и концентрация шахтных вод на второй период проходки стволов с учетом расчетных сроков изменения их расходов и концентраций, а также количество и концентрация дренажных и дождевых вод;
б) возможность регулирования сброса количества шахтных вод и уменьшения в них концентраций некоторых лимитируемых загрязняющих веществ за счет отстаивания и регулируемого сброса;
в) целесообразность разбавления шахтных вод дренажными и дождевыми перед сбросом, т. е. совместного их отведения в осушительную систему при возможности полного или частичного объединения;
г) условия отведения шахтных вод, разбавленных дождевыми и дренажными, которые не противоречат «Правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами» и нормативным требованиям к предельно-допустимым сбросам ПДС веществ в водоемы;
д) ориентировочный прогноз качества воды в р. Рата в местах водопользования и водопотребления с учетом сброса разбавленных шахтных вод;
е) оценка экологической приемлемости транспортировки разведенных шахтных вод по каналу «Бутынский» в р. Рата.
6. результаты исследований
В ходе выполнения расчетов и необходимых исследований было установлено, что отведение шахтных вод в период строительства может быть осуществлено в двух режимах, исходя из прогноза количества и качественного состава шахтных вод.
Первый режим — сброс в соответствии с прогнозируемой величиной шахтного водопритока: периоды минимального водопритока — 30-40 м3/час с минерализацией 20 г/дм3 и периоды повышенного водо-притока — 80-90 м3/час с минерализацией 10 г/дм3.
Второй режим — накопление шахтных вод в прудах-отстойниках, смешивание их с дренажными водами, образовавшихся в результате осушения территории промплощадки шахты «Любельская» № 1-2 и с дождевыми водами, затем — усреднение и сброс в объеме до 90-100 м3/час с минерализацией до 5-7 г/дм3.
Выполнен расчет качества воды в пруде-отстойнике шахтных вод при их разбавлении дренажными и дождевыми водами перед выпуском в канал «Бутынский» на второй период проходки шахтных стволов.
Для дренажных вод, при соблюдении принятых проектом природощадящих технологий, масса нормируемых ингредиентов остается более или менее постоянной, а в шахтной воде их содержание будет изменяться в зависимости от характера их образования и в зависимости от глубины проходки стволов.
По химическому составу шахтные воды преимущественно относятся к хлоридно-гидрокарбонатно-сульфат-но-магниевому типу, с минерализацией 2,0-4,1 г/дм3, и хлоридно-натриевому типу, с минерализацией до 20,2 г/дм3. Содержание взвешенных веществ колеблется от 2 до 62 мг/дм3.
По аналогии с другими шахтными водами этого региона, прогнозная концентрация органических веществ (по БПК5) может достигать более 20,0 мг О2/дм3,
азота аммонийного — 0,77-1,0 мг/дм3, железа общего — 0,53 мг/дм3. Концентрация нефтепродуктов и тяжелых металлов, за исключением цинка, не будет превышать рыбохозяйственные ПДК.
По данным Львовской геологоразведочной экспедиции, прогнозный химический состав шахтных вод в период строительства и в период эксплуатации характеризуются следующими показателями (табл. 1).
При разбавлении шахтных вод дренажными водами, концентрации минеральных веществ будут значительно уменьшаться.
Результаты полевых исследований микро- ^п, Sr, Мп, Li, Ва) и макро-компонентного состава дренажных вод в гидромелиоративных осушительных каналах существующей в данном регионе мелиоративной осушительной системы свидетельствуют, что нормы качества воды (ПДК, установленные для водных объектов ры-бохозяйственного и культурно-бытового водопользования), во всех точках отбора проб воды, за исключением цинка, не превышают ПДК, то есть дренажные воды классифицируются как незагрязненные.
Можно с уверенностью прогнозировать (по аналогии с другими шахтами Львовско-Волынского каменноугольного бассейна), что при осушительном дренаже на территории центральной промплощадки, будут формироваться дренажные воды, идентичные
по солесодержанию воде в мелиоративных каналах. При этом качество дренажных вод по химическому составу будет отвечать требованиям технологического процесса обогатительной фабрики и требованиям поверхностного технического комплекса шахты. В связи с этим, дренажные воды предполагается частично использовать в технологических процессах производства. Неиспользованные дренажные воды будут направляться в резервуары избыточной воды, откуда будут перекачиваться во вторую секцию накопителя (площадка породного отвала).
Общий расход дренажных вод, который составляет 792 м3/сут, был определен по результатам расчета расходов дренажных вод по отдельным дренам с учетом особенностей застройки территории, условий формирования и отведения дренажного стока.
Для расчета качества шахтных вод при разбавлении их только дренажными или дренажными с добавлением дождевых вод перед выпуском в осушительный канал «Бутынский» принимались жесткие ограничения. Эти ограничения будут зависеть от величин минимального стока дренажных вод, максимальных расходов и максимальной минерализации шахтных вод в периоды проходки шахтных стволов (в интервале 640-830 м). Они будут действовать в период ведения подготовительных горных работ и строительства руддвора.
Таблица 1
Прогнозные гидрохимические показатели шахтных вод на период строительства
№ п/п Водоносный горизонт Водопри-ток (водоотве-дение), м3/час Общая минерализация, г/дм3 Содержание микрокомпонентов, мг/дм3
анионы катионы
HCO3- Cl- SO42- Na++K+ Ca2+ Mg2+
Прохождение стволов в меловых отложениях спецметодами с замораживанием пород сенонского водоносного горизонта
1 Кг sn 20 1,0 508,3 233,7 87,8 286 56,2 37,2
2 J, С1 0 29,4 76 14463,2 3004,2 8575,8 1393,1 501,7
3 Общий 20 1,0 508,3 233,7 87,8 286 56,2 37,2
Прохождение стволов в юрских и каменноугольных отложениях (ниже юрско-сеноманского водоносного горизонта) спецметодами с водоудержанием
1 К2 sn 10 1,0 508,3 233,7 87,8 286 56,2 37,2
2 J, С1 20 29,4 76 14463,2 3004,2 8575,8 1393,1 501,7
3 Общий 30 19,9 220,1 9719,0 2031,9 5813,4 947,4 346,9
Стволы примыкания и руддвор в каменноугольных отложениях при оттаивании льдопородной завесы
1 К2 sn 70 1,0 508,3 233,7 87,8 286 56,2 37,2
2 С1 20 29,4 76 14463,2 3004,2 8575,8 1393,1 501,7
3 Общий 90 7,3 412,2 3395,8 735,9 2128,2 353,3 140,4
Прохождение руддвора в каменноугольных отложениях по завершению крепления и гидроизоляции стволов (в засушливый период года)
1 К2 sn 10 1,0 508,3 233,7 87,8 286 56,2 37,2
2 С1 30 29,4 76 14463,2 3004,2 8575,8 1393,1 501,7
3 Общий 40 22,3 184,1 10905,6 2274,9 6503,3 1058,9 385,6
Прохождение руддвора в каменноугольных отложениях по завершению крепления и гидроизоляции стволов (в дождевой период года и в период снеготаяния)
- Дождевые 40 0,6 3294 42,6 57,6 73,6 80,2 7,3
1 К2 sn 10 1,0 508,3 233,7 87,8 286 56,2 37,2
2 С1 30 29,4 76 14463,2 3004,2 8575,8 1393,1 501,7
3 Общий 80 11,4 1739,0 5474,1 1166,3 3288,0 5695,0 19617,5
J
В условиях мгновенного смешения шахтных и дренажных вод по их объему и химическому составу вычислено значение минерализации (Мсм) в разбавленной воде (в потоке, выходящем из пруда-накопителя) по формуле:
Ссм —
йДР * Сдр + Qш * Сш
Qдр + йш
(1)
где <2др — расход дренажных вод, м3/сут; <2ш — расход шахтных вод, м3/сут;Сш — минерализация шахтных вод, г/дм3; Сдр — минерализация дренажных вод, г/дм3.
Расчет концентрации загрязняющих веществ в разбавленной шахтной воде производился по трем вариантам. Во всех вариантах расчетное количество дренажных вод составляет 792 м3/сут с учетом инфильтрационного питания подземных вод за счет атмосферных осадков.
Вариант 1. Расчет концентрации загрязняющих веществ в разбавленной шахтной воде при проходке шахтных стволов в целом. Расход шахтных вод составляет 10 м3/час с минерализацией 20 г/дм3.
Расчетное количество дренажных вод составляет 792 м3/сут. Максимальное значение минерализации дренажных вод составляет 1,0 г/дм3. Расчетная минерализация шахтных вод, разбавленных дренажными, при этом будет равна 5,5 г/дм3.
Вариант 2. Расчет концентрации загрязняющих веществ в разбавленной шахтной воде в период повышенного водопритока. Расход шахтных вод 90-100 м3/час с минерализацией до 10 г/дм3.
При смешении дренажных вод с расходом 792 м3/сут с шахтными, минерализация разбавленных вод будет равна:
а) при расходе шахтных вод 90 м3/час —7,6 г/дм3;
б) при расходе шахтных вод 100 м3/час — 7,8 г/дм3.
Вариант 3. Расчет концентрации загрязняющих веществ в разбавленной шахтной воде в период минимального водопритока. Расход шахтных вод 30-40 м3/час с минерализацией до 20 г/дм3.
При разбавлении шахтных вод дренажными с расходом 792 м3/сут, минерализация разбавленных шахтных вод будет равна:
а) при расходе шахтных вод 30 м3/час — 10,0 г/дм3;
б) при расходе шахтных вод 40 м3/час — 11,4 г/дм3;
в) при расходе шахтных вод 45 м3/час — 12,0 г/дм3.
Такая минерализация полностью соответствует условиям ПДС веществ с возвратными шахтными водами в р. Рата при расходах сбрасываемых вод 140 м3/час. Кроме того, минерализация разбавленных возвратных шахтных вод, равная 10,0 г/дм3, является экологически обоснованной при транспортировке по каналу «Бутын-ский» с расходом от 10-45 до100-140 м3/час и более [1].
Исходя из показателей качества воды, излишки дренажных вод и очищенные дождевые сточные воды могут быть использованы для разбавления минерализованных шахтных вод, перед сбросом последних в р. Рата, в первую очередь, во время прохождения стволов с глубины 680 м при подходе к сеноманскому водоносному горизонту. Поэтому предложен вариант их смешения перед сбросом в Бутынский канал.
Учитывая неравномерность водопритоков в шахту как по количеству, так и по качеству шахтных вод, это решение дает возможность регулирования
и контроля возвратных шахтных вод для обеспечения ПДС веществ.
Разработаны рекомендации по корректировке системы отведения шахтных вод во второй период проходки стволов, строительства шахты «Любельская» № 1-2 и комплекса постоянного водоотведения — в результате выполненных расчетов.
При этом на втором этапе, шахтная вода на поверхности отводится, после отстаивания в горизонтальных отстойниках, в пруд-отстойник шахтных вод емкостью 198 тыс. м3, как принято в проекте для первого этапа проходки стволов.
Согласно требованиям санитарных правил, в связи с высокой минерализацией (до 20 г/дм3), шахтную воду перед спуском в осушительную систему необходимо подвергать распреснению, степень которого зависит от объемов сброса. С этой целью в пруд-отстойник для разбавления шахтных вод перед их сбросом в осушительную систему, подается дренажная вода и, при необходимости, дождевая вода в количестве, которое требуется для достижения максимально-допустимых концентраций.
После смешения с дренажными водами, возвратная шахтная вода из пруда-отстойника отводится в канал «Бутынский» и далее в р. Рата — левый приток р. Западный Буг.
Сброс шахтных вод с минерализацией 20 г/дм3 в количестве 10-30 м3/час и 40 м3/час соответствует условиям ПДС веществ и не требует их разбавления при сбросе в осушительную систему.
При водопритоке 45 м3/час и минерализации шахтных вод 20 г/дм3 (период проходки стволов, горизонтальных выработок и строительстве руддвора), расходы дренажной воды, необходимые для разбавления шахтных вод перед сбросом из пруда-отстойника в канал «Бутынский», в зависимости от количества и качества отводимых шахтных вод и соответствия условиям ПДС, составляют 6,3 м3/час (условия нормального режима работы).
При аварийных ситуациях, когда приток шахтных вод может составлять 300 м3/час (0,083 м3/с), а минерализация — 20000 г/м3, возникает необходимость в их разбавлении до минерализации, равной 17628 г/м3, приемлемой для сброса в канал «Бутынский» с расходом 100-140 м3/час, для чего потребуется вода для разбавления в количестве, равном 41,7 м3/час. Такое количество дренажных вод достаточно для разбавления возвратных шахтных вод при их сбросе в канал «Бутынский» и отвечает расчетным условиям ПДС веществ при отведении в р. Рата [8].
Учитывая эффективность работы действующих очистных сооружений, загрязняющее влияние разбавленных шахтных вод на качество воды канала «Бутынский» и, соответственно, на качество речных вод р. Рата, при отведении в гидрографическую сеть района, будет отсутствовать, или будет находиться в пределах допустимого.
Исходя из принятых вариантов отведения возвратных шахтных вод, следует производить контроль:
— качества дренажных вод;
— качества шахтных вод;
— степени разбавления шахтных вод после их смешения с дренажными;
— возвратных разбавленных шахтных вод и поверхностных вод в канале «Бутынский» — в 300 м после сброса разбавленных шахтных вод в канал [5].
7. SWOT-анализ результатов исследований
Strengths. В основной период строительства шахты выбрана схема регулируемого сброса шахтных вод. Предложенная схема была обоснована с учетом принятой в проекте системы водоотведения и возможного возникновения аварийных ситуаций, в соответствии с принципами рационального использования и охраны водных ресурсов, санитарно-гигиенических требований. Можно рекомендовать применение схемы регулируемого сброса шахтных вод на других шахтах в аналогичных природных условиях.
Weaknesses. Необходимо дополнительно выполнить реконструкцию канала «Бутынский», что повлечет экономические, трудовые и временные затраты. При реализации предложенной схемы отведения шахтных вод обязательным является осуществление контроля расхода и качества этих вод, подаваемых для хранения, отстаивания и разбавления, а затем и сбрасываемых шахтных вод.
Opportunities. Данная схема водоотведения позволит повысить экологическую безопасность отведения шахтных вод в поверхностные водные объекты, регулировать условия сброса шахтных вод, а также их качество в пределах допустимых концентраций веществ и, тем самым, минимизировать влияние на гидрохимический режим поверхностных вод Бутынского канала и р. Рата.
Threats. Возможны кратковременные (на протяжении 1-го месяца) притоки шахтных вод до 300,0 м3/час в зоне тектонических нарушений при пуске лав в эксплуатацию. Прием такого притока предполагается в пруды-отстойники шахтных вод, а также в пруд-усреднитель шахтных вод на площадке породного отвала, емкостью 690 тыс. м3.
8. Выводы
1. Обоснована целесообразность вывода деминера-лизационной установки из запроектированной схемы отведения шахтных вод на период строительства шахты «Любельская» № 1-2. В результате исследований показаны технические возможности и экологическая приемлемость корректировки схемы отведения шахтных вод на втором этапе проходки стволов (на период строительства).
2. Выбран вариант корректировки схемы отведения шахтных вод на втором этапе проходки стволов с учетом экологической безопасности. Отведение шахтных вод в период строительства может быть осуществлено в двух режимах, исходя из прогноза количества и качественного состава шахтных вод.
Первый режим — сброс в соответствии с прогнозируемой величиной шахтного водопритока: периоды минимального водопритока — 30-40 м3/час с минерализацией 20 г/дм3 и периоды повышенного водо-притока — 80-90 м3 /час с минерализацией 10 г/дм3.
Второй режим — накопление шахтных вод в прудах-отстойниках, смешивание их с дренажными водами, образовавшихся в результате осушения территории промплощадки шахты «Любельская» № 1-2 и с дождевыми водами, затем — усреднение и сброс в объеме до 90-100 м3/час с минерализацией до 5-7 г/дм3.
3. Определены условия регулируемого сброса возвратных шахтных вод в разбавленном виде (после ак-
кумуляции и смешивания шахтных с дренажными и дождевыми водами) в канал «Бутынский» Бутынской мелиоративной системы и далее — в р. Рата. При условии нормального режима работы (при водопритоке 45 м3/час и минерализации шахтных вод 20 г/дм3) расходы дренажной воды, необходимые для разбавления шахтных вод перед сбросом из пруда-отстойника в канал «Бутынский», в зависимости от количества и качества отводимых шахтных вод и соответствия условиям ПДС, составляют 6,3 м3/час. При аварийных ситуациях, когда приток шахтных вод может составлять 300 м3/час (0,083 м3/с), а минерализация — 20000 г/м3, возникает необходимость в их разбавлении до минерализации, равной 17628 г/м3, приемлемой для сброса в канал «Бутынский» с расходом 100-140 м3/час, для чего потребуется вода для разбавления в количестве, равном 41,7 м3/час.
Литература
1. Оцшка та обгрунтування еколопчно прийнятних ршень з охорони водного середовища в умовах проходження стволiв шахти «Любельська» № 1-2 та розроблення проекту ГДС в «Бутинський» канал на перюд будiвництва [Текст]. — Харгав: УкрНД1ЕП, 2011. — 116 с.
2. Kroll, A. Regulation of Mine Waters in the European Union: The Contribution of Scientific Research to Policy Development [Text] / A. Kroll, J. M. Amezaga, P. L. Younger, C. Wolkersdorfer // Mine Water and the Environment. — 2002. — Vol. 21, № 4. — P. 193-200. doi:10.1007/s102300200043
3. International Assessment of Marine and Riverine Disposal of Mine Tailings [Electronic resource]: Study commissioned by the Office for the London Convention and Protocol and Ocean Affairs, IMO, in collaboration with the United Nations Environment Programme (UNEP) Global Programme of Action. — May 2013. — Available at: \www/URL: http://www.imo. org/en/OurWork/Environment/LCLP/newandemergingissues/ Documents/Mine%20Tailings%20Marine%20and%20Riverine% 20Disposal%20Final%20for%20Web.pdf
4. Zgorska, A. Environmental risk caused by high salinity mine water discharges from active and closed mines located in the Upper Silesian Coal Basin (Poland) [Electronic resource] / A. Zgorska, L. Trz^ski, M. Wiesner // Proceedings IMWA 2016, Freiberg/Germany. Mining Meets Water — Conflicts and Solutions. — 2016. — P. 85-92. — Available at: \www/ URL: https://www.imwa.info/docs/imwa_2016/IMWA2016_ Zgorska_95.pdf
5. Jarvis, A. P. Broadening the scope of mine water environmental impact assessment [Text] / A. P. Jarvis, P. L. Younger // Environmental Impact Assessment Review. — 2000. — Vol. 20, № 1. — P. 85-96. doi:10.1016/s0195-9255(99)00032-3
6. Матлак, Е. С. Снижение загрязненности шахтных вод в подземных условиях [Текст] / Е. С. Матлак, В. Б. Малеев. — К.: Техника, 1991. — 136 с.
7. Hahn, H. H. Pretreatment in Chemical Water and Wastewater Treatment [Text] / by ed. H. H. Hahn, R. Klute // Proceedings of the 3rd Gothenburg Symposium 1988, 1.-3. Juni 1988, Gothenburg. — Springer Berlin Heidelberg, 1988. — 260 p. doi:10.1007/978-3-642-73819-7
8. Инновационные пути модернизации базовых отраслей промышленности, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей природной среды [Текст] // Сборник научных трудов V Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, 23-24 марта 2016 г., г. Харьков. — Х.: ГП «УкрНТЦ «Энергосталь», 2016. — 209 с.
9. Харионовский, А. А. Комплексная очистка шахтных и карьерных вод от техногенных загрязнений [Текст] / А. А Ха-рионовский. — Шахты: ЮРО АГН, 2000. — С. 3-26.
10. Про порядок розроблення i затвердження нормативiв гранично допустимого скидання забруднюючих речовин та перелж забруднюючих речовин, скидання яких нормуеться [Елек-тронний ресурс]: Постанова Кабшету Мiнiстрiв Украши вщ 11.09.1996 № 1100. — Режим доступу: \www/URL: http:// zakon3.rada.gov.ua/laws/show/1100-96-п
11. Монгайт, И. Л. Очистка шахтных вод [Текст] / И. Л. Монгайт, К. Д. Текиниди, Г. И. Николадзе. — М.: Недра, 1978. — 173 с.
12. Черкинский, С. Н. Санитарные условия спуска сточных вод в водоемы [Текст] / С. Н. Черкинский. — М.: Стройиздат, 1971. — 208 с.
13. Меркулов, В. А. Охрана природы на угольных шахтах [Текст] / В. А. Меркулов. — М.: Недра, 1981. — 184 с.
ШДВИЩЕННЯ ЕК0Л0ПЧН01 БЕЗПЕКИ ВЩВЕДЕННЯ ШАХТНИХ
вод у львшсько-волинському вугшьному БАСЕЙШ
Розглянуто варiанти коригування системи регульованого вщведення шахтно! води на перюд будiвництва вугледобувно! шахти «Любельська» № 1-2. Виконано вибiр i екологiчне об-Грунтування варiаитiв скидання зворотних шахтних вод в канал «Бутинський». Обгрунтовано схему вщведення розбавлених шахтних вод по каналу «Бутинський» в р. Рата (Украша). Доведено необхщшсть реалiзаци водоохоронного заходу — мошторингу яюсного складу шахтних вод, яга вщводяться в рiчковi системи.
Kлючовi слова: шахтнi води, будiвництво вуглевидобувних шахт, система регульованого скидання шахтних вод.
Маркина Надежда Кузьминична, старший научный сотрудник, лаборатория экологической гидрогеологии и оценки экологического состояния территорий, Научно-исследовательское учреждение «Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем», Харьков, Украина.
Бабаев Михаил Викторович, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, лаборатория эко-
логической гидрогеологии и оценки экологического состояния тер -риторий, Научно-исследовательское учреждение «Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем», Харьков, Украина.
Доценко Елена Александровна, аспирант, научный сотрудник, лаборатория экологической гидрогеологии и оценки экологического состояния территорий, Научно-исследовательское учреждение «Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем», Харьков, Украина, е-таИ: [email protected].
Маркта Надiя Кузьмiвна, старший науковий ствробтник, лабораторiя екологлчног гГдрогеологп та оцтювання екологiчно-го стану територш, Науково-дослГдна установа «Украгнський науково-дослГдний iнститут екологiчних проблем», Украгна. Бабаев Михайло Вшторович, кандидат геолого-мiнералогiчних наук, старший науковий ствробтник, лабораторiя екологлчног гiдрогеологii та оцтювання екологлчного стану територш, Науково-дослГдна установа «Украгнський науково-дослГдний iнститут екологiчних проблем», Хартв, Украгна.
Доценко Олена Олександрiвна, астрант, науковий ствробтник, лабораторiя екологiчног гГдрогеологп та оцтювання екологлчного стану територш, Науково-дослГдна установа «Украгнський нау-ково-до^дний тститут екологгчних проблем», Харкв, Украгна.
Markina Nadezhda, Research Institution «Ukrainian Research
Institute of Environmental Problems», Kharkiv, Ukraine.
Babaev Mikhail, Research Institution «Ukrainian Research Institute
of Environmental Problems», Kharkiv, Ukraine.
Dotsenko Elena, Research Institution «Ukrainian Research Institute
of Environmental Problems», Kharkiv, Ukraine,
e-mail: [email protected]
