CC BY
15
УДК 504.054
Г. А. КроТк, Н. В. Тонкова,
Днiпропетровський нацюнальний yuieepcumem iMem Олеся Гончара
ВПЛИВ В1ДХОД1В ВУГЛЕДОБУВАННЯ НА РОЗПОД1Л I НАКОПИЧЕННЯ СОЛЕЙ У ГРУНТАХ НА ТЕРИТОР1ЯХ РОЗТАШОВАНИХ ПОБЛИЗУ В1ДВАЛ1В ВУГЛЕДОБУВАННЯ
Проведена оцшка впливу в1двальних шахтних порвд Зах1дного Донбасу, якi складуються у ввдвали на екологiчний стан грун™, розташованих поблизу вiдвалiв. Показано, що в результатi процесу м1граци водорозчинних солей, яю вилуговуються з ввдващв, формуються зони з п1двищеним вмктом токсичних солей та вiдбуваeться трансформащя хiмiчного складу грунтового покриву.
Ключовi слова: вiдвальнi шахтнi породи, грунти, ТОксичШ i нетоксичШ солг
Проведена оценка влияния отвальных шахтных пород Западного Донбасса, которые складируются в отвалы на экологическое состояние почв, расположенных вблизи отвалов. Показано, что в результате процесса миграции водорастворимых солей, которые выщелачиваются из отвалов, формируются зоны с повышенным содержанием токсичных солей и происходит трансформация химического состава почвенного покрова.
Ключевые слова: отвальные шахтные породы, почвы, токсичные и нетоксичные соли.
The estimation of influence of dump mine breeds of Western Donbas, that is warehoused in dumps on the ecological state of the soils located near-by dumps, is conducted. It is shown that as a result of process of migration of water-soluble salts that is lixiviated from dumps, zones are formed with enhanceable maintenance of toxic salts and there is transformation of chemical composition of the ground cover.
Key words: dump mine breeds, soils, toxic and untoxic salts.
Вступ. Видобуток корисних копалин супроводжусться виносом на денну поверхню значно! кшькосп прських порщ, яю складуються у виглядi вiдвалiв та терикошв. Частково вщходи, що складуються використовуються у будiвництвi дамб, яю огороджують русло р. Самари та Вовчо!, cтавкiв та для будiвництва дoрiг. Таким чином шахтш породи займають значну площу у тому чи^ i родючих грунлв та за умов довготривалого збер^ання !х на пoверхнi пiд дieю атмосферних oпадiв та кисню пов^ря пiдлягають цiлiй низцi фiзикo-хiмiчних процешв серед яких у тому чи^ е процес вилуговування. При цьому формуються м^рацшш потоки певного хiмiчнoгo складу. Умови рiвнoваги фiзикo-хiмiчних процешв будуть впливати на екoлoгiчну безпеку прилеглих до вщватв теритoрiй i створювати ризики щодо екoлoгiчнoгo стану депонуючих середовищ [1, 2].
Постановка проблеми. Постановка цього дослщження необхщна у зв'язку з тим, що вщходи вугледобування не тiльки займають значш плoщi родючих земель, а як показали нашi пoпереднi дослщження [3], за умов довготривалого знаходження на пoверхнi пiдлягають процесам сучасного вивiтрювання якi супроводжуються виносом хiмiчних речовин.
Мета роботи. Оцiнка впливу вщвальних шахтних пoрiд Захiднoгo Донбасу, яю складуються у вiдвали на еколопчний стан грунтiв.
Викладення основного матер1алу. Дocлiдження включали одночасний вiдбiр проб пoрiд з вiдвалiв вугледобування Захщного Донбасу та грунтiв на теритoрiях, що знаходяться на рiзних вiдcтанях вiд вiдвалу (вiд 50 м до 200 м).
© Г. А. Кро!к, Н. В. Тонкова, 2013
Для визначення ступеню еколопчних ризикiв забруднення довкiлля проводились дослщження щодо визначення хiмiчного складу водорозчинного комплексу солей як у породах, так i у грунтах як бшя вiдвалiв, так i на умовно чистих територiях, якi приймали за фоновi. Фоновi територи розташоваш бiля с. Андрпвка i с. Партизанське Дншропетровсько! областi.
Оцiнка сольового складу порщ та грунтiв проводилась за результатами хiмiчного аналiзу водно! витяжки за стандартною методикою. Проведено системний аналiз закономiрностей перетворення хiмiчного складу грунтiв пiд впливом шахтних порiд Захiдного Донбасу у системах: „вщвальш шахтнi породи-грунти прилеглих територш", „грунти прилеглих територiй - грунти фонових територш".
За результатами хiмiчного аналiзу виконано розрахунок сольового складу проб вщвальних шахтних порщ. Результати розрахунку показали, що головним чином хiмiчний склад порiд представлений сульфатами кальщю i натрiю, а також хлоридами магшю, натрiю i в незначних кiлькостях гiдрокарбонатом кальщю.
Проведений порiвняльний аналiз сольового складу проб вщвальних шахтних порiд показав, що загальний солевмiст у цих породах вiдрiзняeться бiльш нiж у 10 разiв, тобто знаходиться у межах вщ 0,078 % до 0,950 %. Таким чином середнш солевмют вiдвальних шахтних порiд складае 0,52 %.
Встановлено, що у сольовому складi вiдвальних шахтних порщ найбiльшу частку складають сульфатнi сполуки: сульфат натрш 45,98 % та сульфат кальщю 18,84 %. Значно меншу частку в загальному солевмют складають хлоридш сполуки: хлорид магшю 12,46 % i хлорид натрш 9,87 %. Частка гiдрокарбонату кальщю у породах не перевищуе 6,4 %. Сульфат магшю i гщрокарбонат натрiю в сольовому складi вщвальних шахтних порiд практично вiдсутнi. Таким чином встановлено, що в сольовому складi вщвальних шахтних порiд переважають токсичнi солi, частка яких вщ загального солевмiсту складае в середньому 86,03 %.
Для ощнки впливу вщвальних шахтних порiд на стан прилеглих територш виконано дослщження сольового складу грунт1в.
Виконаний детальний аналiз сольового складу грунтiв, розташованих бшя вщвалу дозволяе зробити висновок щодо особливостей розподшу солей на цш територи. Так, найбiльша частка вщ загального солевмiсту приходиться на сульфат натрш. Вмют ще! солi в грунтах складае вщ 8,83 % до 13,15 % вщ загального солевмюту (10,99 % в середньому), що у 5 разiв менше, нiж И вмiст у вщвальних шахтних породах. Сульфати магшю i кальщю в основному вщсутш Проведений аналiз вмiсту хлоридних сполук у грунтах показав, що хлорид кальщю практично вщсутнш, а вмют хлориду натрш на дшянщ бшя вщвалу складае вщ 0,142 % до 0,307 % вщ загального солевмюту. Ус проби грунту вiдiбранi на дшянщ бшя вщвалу мають у своему складi бшарбонат кальцiю, частка якого змшюеться вiд 5,3 % до 19,26 %. Проведений аналiз дозволяе зробити висновок, що якюний склад та наявнють токсичних солей у грунтах, що знаходяться бшя вщвалу, характеризують процеси солепереносу. Кшькють токсичних солей у грунтах бшя вiдвалiв практично спiвпадае з кшькютю токсичних солей у пробах вщвальних шахтних порщ i в середньому складае 84,8 % вщ загального солевмюту. Це пщтверджуе вплив вщвальних порщ, яю складуються у вщвали i довготривалий термiн знаходяться на поверхш на хiмiчний склад грунпв.
Виявлено, що сольовий склад грунпв, якi знаходяться на вiдстанi до 200 м вщ вiдвалу якюно вiдрiзняеться от сольового складу вщвальних шахтних порщ i в
основному представлен пдрокарбонатами кальщю i натрiю, сульфатом натрiю i хлоридами магнiю i кальцiю.
Виконана порiвняльна оцiнка розподiлу солей для грунлв фонових територiй i грунлв бiля вiдвалу. При цьому виявлено, що у сольовому складi грунлв фонових територiй найбiльша частка вщ загального солевмiсту приходиться на бшарбонат кальцiю, мiнiмальний вмiст якого складае 24,4 %, максимальний - 46,15 % i середнiй 35,27 %. Оскшьки у розподiлi солей у грунтах фонових територш переважаючим е бшарбонат кальцiю, то вiдповiдно частка сульфату натрда складае лише вщ 2,92 % до 7,95 %. Знайдено, що середня частка токсичних хлоридних сполук у грунтах на фонових дшянках складае 0,012 %, що у 20 разiв нижче частки ще! ж солi в пробах грунлв бшя вiдвалу.
При цьому сумарний вмют солей у грунтах фонових територш в середньому складае 0,11 %. Встановлено, що на прилеглих до вщвалу територiях проти фонових дшянок спостерiгаеться шдвищення солевмiсту у грунтах, яке досягае 5 разiв. Це пiдтверджуе вплив вщвашв на формування сольового складу грунлв.
Таким чином, дослiдження розподшу солей у пробах порiд i грунтiв на рiзноl вiдстанi вщ вiдвалу показало, що у мiру наближення до шахтного вiдвалу збшьшуеться загальна засоленiсть грунтiв, а також змшюеться тип засолення у бш появи значно! кiлькостi токсичних сполук - хлоридiв i сульфатiв.
Порiвняння складу солей у системi „вщвальш шахтнi породи - грунти прилеглих територш" дозволяе зробити висновок, що у зош 200 м бшя вщвалу формуеться зона змiни як якюного так i кiлькiсного сольового складу грунлв. У порядку убування вмюту у вiдвальних шахтних породах солi утворюють слiдуючий ряд:
Na2SO4 > NaQ > Ca(HCOз)2, В той же час у грунтах на дшянщ бшя вщвалу цей ряд мае суттево вщмшний вигляд:
>Na2SO4 > Ca(HCOз)2.
Таким чином, можна вважати, що якюш змши у сольовому складi грунлв супроводжуються кiлькiсними змiнами. Виявлено, що вмют сульфату натрда у породах вщвалу в 4 рази перевищуе вмiст сульфату натрiю у грунтах прилеглих до вщвалу територiй i складае 0,129 %. При цьому вмют хлориду натрда у породах складае лише 0,03 %, що на порядок менше, шж вмют хлориду натрда на прилегло! до вщвалу територп. На пiдставi отриманих даних можна вважати, що змша типу засолення грунтiв прилеглих до шахтного вщвалу пов'язане з високою мiграцiйною здатнiстю хлор-iона.
Одночасно у грунтах фоново! i дослщжувано! територи бiля вiдвалу вiдбулися змiни не тшьки типу засолення грунтiв, а i ступеню засолення. Показано, що за мiрою наближення до вщвалу клас засоленостi грунтiв змiнюеться вщ незасолених :
Ca(HCO3)2 > > Na2SO4 (грунти фонових територш) i переходить до
класу середньо- i сильнозасолених.
NaQ >Na2SO4 > Ca(HCO3)2 (грунти прилеглих до вщвалу територiй).
На пiдставi цього ми вибрали в якостi показникiв засоленост грунту хлориди i сульфати натрда (рис.1).
12 3 4
■ N32504 МаС
1 - проби грунтiв з фоново! дiлянки I;
2 - проби грунпв з фоново! дшянки II;
3 - проби грунпв з дiлянки бiля шахтного вщвалу;
4 - проби порiд з шахтного вщвалу.
Рисунок 1 -Вмют солей на фонових (чистих) дшянках та забруднених територiях
Одержанi результати дослщжень дозволяють зробити висновки, що шд впливом мiграцiйних потокiв, як утворюються в процесi вилуговування з порщ солей у довкiлля надходить значна кiлькiсть токсичних солей, таких як сульфат натрда, кшьюсть якого шдвищуеться у порiвняннi з фоновими у 3,5 рази та хлориду натрда, за рахунок якого вщбуваеться ще бшьше забруднення грунтiв приблизно у 6 разiв. Таким чином доведено безперечний вплив вщвальних шахтних порiд на такий об'ект довкшля як грунти. Прiоритетними забруднювачами е сульфат и хлорид натрда, як становлять особливу загрозу грунтам оскшьки вони е найбшьш токсичними для рослин.
Одержана яюсна i кшьюсна оцiнка впливу шахтних порiд на хiмiчний склад грунтiв, якi знаходяться бшя вiдвалiв, яка узагальнена введенням такого параметру як запас солей. Цей параметр дозволяе прогнозувати еколопчш ризики забруднення територи. Оцiнка проводилась для верхньо!, середньо! та нижньо! частини вiдвалу. Визначено, що запас солей у породi змiнюеться за площею вщвалу. Верхня частина вщвалу засолена менше нiж середня та нижня. Так запас солей верхнш частини вiдвалу змiнюеться в дiапазонi вiд 0,08 г/м2 до 0,14 г/м2 . Породи, якi складають середню частину вщвалу мають бшьший запас солей: вiд 0,14 г/м2 до 0,25 г/м2. Враховуючi високий до 0,9 г/м2 запас солей у породах нижньо! частини вщвалу можливий максимальний винос токсичних водорозчинних сполук досягае 0,71 г/м2 (що складае 78,5 % вщ загального солевмюту). Таким чином можна прогнозувати, що тренд виносу солей спрямований у нижню частину вщвалу з подальшою мчащею i надходженням солей до грунпв прилеглих територiй.
Для того, щоб перевiрити нашi припущення, ми розрахували вiрогiдний винос солей, як можуть забруднювати грунти на прилеглих до шахтного вщвалу територiях. Проведет розрахунки показали, що у грунтах, яю знаходяться бшя вщвалу на рiзних вщстанях вiд вщвалу (вщ 50 м до 200 м) вщбуваеться накопичення солей у грунтах i !х запас буде пiдвищуватися вщ 0,21 г/м2 до 0,41 г/м2. Прогнозований винос токсичних водорозчинних солей з шахтних порщ
може складати до 0,37 г/м2 , тобто до 90,7 % вщ загального солевмiсту. Цей факт шдтверджуе гiпотезу щодо вiрогiдностi виносу солей та забруднення не тшьки грунтiв, а i шших об'ектiв довкiлля.
Висновки. Таким чином, на пiдставi проведених дослiджень, можна зробити висновок, що переб^ фiзико-хiмiчних процесiв у вiдвальних шахтних породах при складуванш !х на денно! поверхш призводить до забруднення грунлв. У зонi на вiдстанi вщ вiдвалу до 200 метрiв сформувався шший тип засолення грунтiв з шдвищеним вмiстом токсичних солей, який пов'язаний зi складуванням шахтних порщ. У результатi процесу мiграцi! токсичних водорозчинних солей у грунтах прилеглих до вiдвалу територiй сформувалися зони тдвищеного солевмiсту з накопиченням токсичних солей тобто вщбуваеться трансформацiя хiмiчного складу грунтового покриву, що несприятливо впливае на екологiчний стан територи.
Бiблiографiчнi посилання
1. Кроик А. А. Изучение процессов выщелачивания солей из отвальных шахтних пород на примере Западного Донбасса / А. А. Кроик // Зб. Наукових праць НГАУ «Збагачення корисних копалин». - Дн-ськ, 1999. - Вип. 2. - С. 137-145.
2. Корпенев М. М. Концептуальш основи полшшення стану довкшля прничодобувних регюшв Укра!ни / М. М. Корпенев, В. С. Мщенко, В. М. Шестопалов, е. О. Яковлев - К.: Р1ЗПС Укра!ни, 2000. - 75 с.
3. Кроик А. А. Оценка процессов выщелачивания отвальных шахтных пород Западного Донбасса в целях изучения их влияния на окружающую среду // Экологические проблемы Приднепровья: сб. науч. тр. - Днепропетровск, ДГУ, 1992. - С.53-68.
Надштла доредколеги 27. 03. 13
