Об актуальности деатехногенезации отвалов в угледобывающих регионах России

Структурная перестройка угольной промышленности, начавшаяся в 1994 г. в рамках "Основных направлений реструктуризации угольной промышленности" и аналогичными региональными программными документами находится в стадии завершения.

Основной причиной реструктуризации был экономический мотив, связанный с масштабной       ликвидацией    особо убыточных

(нерентабельных) шахт и разрезов. За 16-летний период реструктуризации (1994-2010 гг.) прекращена добыча угля на 203 предприятиях (188 шахтах и 15 разрезах), технические работы по ликвидации завершены на 202 предприятиях. Ликвидация шахт осуществлялась в основном методом их полного затопления. По этому методу было затоплено 187 шахт, а одна шахты была законсервирована [1].

В настоящее время в угольной промышленности России действует свыше 240 угледобывающих предприятий, в том числе 96 шахт и около 150 разрезов, суммарные производственные мощности которых составляют более 360 млн. т добычи угля в год.

В принятых документах, регламентирующих вопросы охраны окружающей среды и применительно к процессу реструктуризации, практически не применяется терминология в значении антропо- и техногенеза, что не вполне корректно. Использование в разработках терминов и определений в контексте понятия «ликвидации экологических последствий закрытия шахт и разрезов» предполагает необходимость оперировать оценками и данными именно об экологических следствиях процесса закрытия угольных предприятий. При этом могут возникнуть ложные объекты и субъекты для исследовательских работ, так как комплекс запланированных мер и природоохранных работ в основном связан с    деятельностью по ликвидации «старых» накопленных антропогенных отходов.

По ряду причин, закрытие шахт и разрезов методом затопления сопровождается возникновением нетипичных проявлений и процессов в природно-техногенной среде, которых не было в период эксплуатации угольных месторождений. Установлено, что влияние объектов поверхностного и подземного комплекса закрытых шахт имеет геоэкологическую природу, ландшафтные изменения происходят в ходе геохимических трансформаций почвы и геологической среды. Единицы трансформации - «трансформы», характеризует форму преобразования в зависимости от факторов воздействия на гео-объекты и возникающих при этом последствий (реакций).

В ходе работ по ликвидации экологических последствий установлено влияние на окружающую среду в районе шахт вторичных антропо - и техногенных факторов.

Масштабы трансформации определяются качественно количественными характеристиками преобразований. Для их определения необходима разработка формата, характеризующего факторы негативного воздействия на окружающую среду ликвидированных убыточных шахт и других предприятий угольной отрасли.

Имеющиеся экологические проблемы обусловлены факторами негативного воздействия на природную среду (основные факторы представлены в следующей таблице [2,3,4] - с дополнениями).

Табл.1 Основной формат факторов негативного воздействия на окружающую природную среду ликвидируемых нерентабельных предприятий угольной промышленности.

Факторы негативного воздействия на окружающую среду ликвидируемых предприятий	Элементы окружающей природной среды -объекты негативного воздействия	Характер негативного экологического воздействия и виды нарушений и загрязнений окружающей природной среды	Оценка влияния породных масс отвалов (+) — Да (-)- Нет	Интегральные факторы, отражающие негативные экологические последствия ликвидации предприятий
1	2	3	4	5
1.Прекращение	Природный	Образование техногенного	+	Экологический . ухудшение
производственной деятельности закрываемых угольных шахт	ландшафт Подземные воды	ландшафта, выведенные из эксплуатации и неиспользуемые промплощадки, подъездные железнодорожные пути, технологические автодороги, ЛЭП, линии связи, трубопроводы, производственные здания и сооружения Проникновение в водоносные горизонты шахтных вод, загрязненных минеральными солями, нефтепродуктами, фенолами, железом, микроэлементами, бактериями и микроорганизмами, загрязнение подземных источников хозяйственнопитьевого водоснабжения	+ +	общее экологической ситуации в районе закрываемой шахты Социальный  -  ухудшение среды обитания, условий жизни, труда и отдыха населения. Экономический - затраты на снос  зданий  и  сооружений, ликвидацию    коммуникаций, рекультивацию     территории, восстановление     природного ландшафта Экологический - загрязнение подземных вод, которые могут быть использованы в будущем в народнохозяйственных целях. Социальный  -  ухудшение качества питьевой воды из подземных водозаборов. Экономический - затраты на доочистку питьевой воды, поиск и освоение новых источников хозяйственно-питьевого водоснабжения

2. Затопление горных выработок и выработанного пространства шахт 3.Накопители отходов (породные отвалы, открытые угольные склады, шламо- и илона-копители, отстойники и техногенные водоемы)

Поверхностные воды Земная поверхность Атмосферный воздух Ландшафт. Земельные ресурсы Атмосферный воздух

Свободные изливы на поверхность шахтных вод, загрязненных минеральными солями, нефтепродуктами, фенолами, железом, микроэлементами, бактериями и микроорганизмами, загрязнение воды, русел и берегов природных водотоков и водоемов при их сбросе, подавление флоры и фауны Сдвижение земной поверхности, образование прогибов, просадок, провалов, разрушение зданий и сооружений, дорог, трубопроводов, ЛЭП и линий связи и других объектов, подтопление и заболачивание подработанной территории Вытеснение метана и других вредных газов из угольного массива, затапливаемых горных выработок и выработанного пространства, выход газов на поверхность, скопление в колодцах, подвалах производственных и жилых зданий и помещений Изъятие из землепользования значительных территорий, образование техногенного ландшафта

+ + + + + +

Экологический - ухудшение качества воды в природных водотоках и водоемах хозяйственно-питьевого, культурно-бытового и рыбохозяйтвенного назначения. Социальный - ухудшение качества литьевой воды из по верхностных водозаборов, снижение рыбохозяйетвенной ценности водотоков и водоемов, ухудшение условий отдыха населения. Экономический - затраты на очистку        изливающихся шахтных    вод,    доочистку питьевой воды из поверхностных водозаборов Экологический - ухудшение ландшафта и обшей экологической ситуации. Социальный  -  ухудшение жизненных условий, снижение урожайности сельскохозяйственных культур, гибель лесов. Экономический - затраты на ремонт, снос и новое строительство промышленных и гражданских объектов, засыпку прогибов, просадок, провалов, планировку и рекультивацию нарушенных территорий, предупреждение и ликвидацию подтопления и заболачивания территорий Экологический - загрязнение атмосферного воздуха, воздействие на озоновый слой и создание парникового эффекта Социальный - угроза взрывов и отравления населения, неблагоприятное влияние на здоровье населения Экономический - затраты на организацию мониторинга и проведение профилактических и защитных мероприятий Экологический – загрязнение прилегающей территории токсичными веществами через поверхностные стоки и атмосферу. Социальный – ухудшение качества среды обитания, неблагоприятное воздействие на здоровье населения. Экономический – затраты на разработку и ликвидацию накопителей, рекультивацию занимаемой ими и окружающей территории, восстановление природного ландшафта Экологический – загрязнение атмосферного воздуха, в том числе в близлежащих населенных пунктах

4.Нрашенные, загрязненные и деградированные земли

Водные ресурсы Земельные ресурсы

Образование и выделение пыли и газообразных вредных веществ (оксидов серы, азота, углерода, углеводорода, сероводорода, бензпирена и др.), особенно при самовозгорании накопителей отходов Образование стоков, загрязненных вредными веществами Непригодность земель для сельскохозяйственного, лесохозяйственного, водохозяйственного и других видов землепользования, образование техногенного ландшафта

Социальный – ухудшение жизненных условий, неблагоприятное воздействие на здоровье населения Экономический – затраты на проведение профилактических мероприятий и тушение горящих накопителей отходов Экологический – загрязнение подземных и поверхностных вод, ухудшение экологической ситуации Социальный – снижение качества питьевой воды из подземных и поверхностных водозаборов в зоне влияния накопителей отходов Экономический – затраты на сбор и очистку стоков, проведение мероприятий по снижению и прекращению инфильтрации в подземные горизонты Экологический – ухудшение экологической обстановки Социальной – потери и снижение качества сельскохозяйственной продукции, лесных запасов Экономический – затраты на рекультивацию и восстановление биологической продуктивности нарушенных, загрязненных и деградированных земель

При многообразии факторов влияния на компоненты окружающей природной среды (что следует из вышеприведенной таблицы), основные отрицательные проявления обусловлены техногенезом отвалообразования и динамикой трансформаций отвалов.

На момент начала реструктуризации ежегодное образование твердых отходов добычи и переработки угля (сланца) составляло порядка 900 млн.м3. Большую часть из этого объема составляли вскрышные (вмещающие) породы. Использовалось только около 440 млн.м3. При этом наибольшие объемы вскрышных пород и отходов обогащения образовывались на предприятиях Кузбасса – 46% от общеотраслевого показателя [5].

По нашим оценкам, к настоящему времени в угольной отрасли всего накоплено и заскладировано в отвалах порядка 15-20 млрд. т твердых. Статистические данные, характеризующие динамику образования и использования отходов представлены в табл.2 и на рис.1.

Таблица 2.

Объемы образования и использования отходов

Показатель	Ед. изм.	2006 г.	2007 г.	2008 г.	2009 г.
Образовано         отходов производства за год	млн.т	1846,2	1876,3	1898,4	1837,4
Использовано       отходов производства за год	млн.т	912,4	921,4	1113,5	1034,5
Доля       использованных отходов в объеме образования	%	51,6	49,1	58,6	56,3

Динамика показателей количества образованных и использованных отходов в угольной отрасли за представительный период времени представлен на рис. 1 и рис. 2.

Рис. 1. Динамика образования и использования отходов.

Рис. 2. Доля использованных отходов.

Изучение литературных источников, научных отчетов и другой профессиональной информации показало, что к настоящему времени все имеющиеся разработки были связаны в целом с:

• -    экологизацией угольного производства;

• -    реализацией природоохранных мер, а так же мероприятий в рамках проектов ликвидации экологических последствий по условиям закрытия шахт и разрезов.

Накопители отходов занимают большие территории, подвержены самовозгоранию, ветровой и водной эрозии, в результате чего происходит выделение токсичных газообразных веществ и пыли в атмосферу, загрязнение близлежащих территорий и водоемов.

Результаты анализа данных в сфере обращения отходов позволяют заключить, что при сокращающейся доли использования отходов угольного производства и тенденции роста их образования (при условии сокращения доли органических включений в органо-минеральной части отходов) возрастают риски событий с возгоранием отвалов. Поэтому необходимо определять стратегические направления работы для значительного сокращения вредного влияния отходов предприятий угольной отрасли на окружающую среду.

Тематический поиск работ по вопросам деатехногенезации показал (включая Интернет поиск), что в таком направлении работ не проводилось.

По результатам поискового исследования был выделен и систематизирован комплекс задач, требующих рассмотрения и решения по проблеме деатехногенезации отвалов и прилегающий к ним среды в районе ликвидированных шахт России.

Среди основных научных задач выделены следующие:

• -    проблемные,- обусловленные динамикой изменений в отвальном хозяйстве по условиям закрытия шахт в ходе реструктуризации угольной промышленности России;

• -    методические, - разработка методики изучения техногенезиса отвалов ликвидированных шахт в углепромышленных регионах России и разработка научно-методических основ геотехногенного районирования среды по местоположению техногенно опасных масс пород;

• -    технико-технологические, - разработка научно-техногенных и технологических решений, рекомендаций для обеспечения детехногенезации отвалов ликвидированных шахт России

• -    практические, - реализация разработанных научно-методических и технико-технологических решений (на примере отвального хозяйства одного из углетехногенных регионов с массовым закрытием шахт).

Для поиска эффективных способов и средств обеспечения экологической безопасности отвалов требовалось провести поисковые исследовательские работы [6].

Предварительные результаты такой работы показывают актуальность деатехногенезации отвалов за счет использования современных способов, приемов, материалов, технических средств формирования, тушения и профилактики самовозгорания породных отвалов, а также реализации комплекса мер по их утилизации.

Проведенный анализ по систематизации имеющихся научно -исследовательских материалов по актуальным направлениям деатехногенезации позволил определить наличие разработок по важным вопросам, таким как:

• - современные способы и приёмы профилактики самовозгорания отвалов (позволят сократить время и затраты на разработку проектов по формированию и тушению породных отвалов);

• -    выбор решений по обеспечению эффективной рекультивации отвалов;

• -    приемы, способы, средства механизации, при разработке технологических схем формирования и тушения отвалов;

• -    новым способам и направлениям утилизации отходов (особо актуальными являются разработки Шпирта М.Я.);

В результате ранжирования имеющихся отечественных нормативнометодических и исследовательских разработок для угольной отрасли оказалось возможным определить ту часть из них, которую можно рассматривать в качестве актуальной для использования при разработке темы. Среди них: «Технологические схемы рекультивации терриконов и плоских породных отвалов шахт и обогатительных фабрик», 1981; «Методические указания по проектированию рекультивации нарушенных земель на предприятиях угольной промышленности», 1993; «Типовые технологические схемы рекультивации техногенных ландшафтов при добыче угля открытым и подземным способом», 1994; «Технологические решения по рекультивации нарушенных земель при ликвидации шахт и разрезов», 2002; Отчет по НИР «Разработка технологических схем формирования пожаробезопасных параметров отвалов и технологии тушения существующих», 2006, "Технико-технические решения по формированию пожаробезопасных параметров отвалов, технологии тушения существующих, а также рекультивации".

В заключении хочется отметить необходимость актуальных исследований и методических рекомендаций, связанных с комплексными оценками антропо- и техногенного влияния отвалов на состояние окружающей среды по всем угольным регионам России. Только после этого возможно научно обоснованно разработать и предложить эффективные меры по деатехногенезации отвалов и санации территорий в угольных бассейнах и регионах.

Выполнено в рамках реализации госконтракта ФЦП «Научные и педагогические кадры инновационной России» на 2009-2010годы, ГК №П1406. Автор выражает признательность проф. Каплунову Ю.В. и д.т.н. Харионовскому А.А. за обсуждение положений работы и содействие в подготовке статьи.