Угольные предприятия как источник негативного воздействия на окружающую среду

Разработка угольных месторождений неизбежно приводит к полному или частичному нарушению сложившихся экологических связей в районах размещения промышленных объектов, таких как шахты, разрезы, обогатительные фабрики, вспомогательные подразделения вместе с их транспортной инфраструктурой, что, в свою очередь, меняет окружающую среду (ОС). Площади, подлежащие промышленной разработке, включая добычу, полезных ископаемых, изымаются из оборота сельскохозяйственных земель [1].

Важнейшими негативными изменениями гидросферы являются:

• -    загрязнение и истощение поверхностных и подземных водных источников;

• -    затопление отработанных территорий;

• -    обезвоживание и засоление почв.

Технология добычи «черного золота» требует откачки на поверхность сточных вод, которые из подземных источников (подземные водоносные горизонты, реки, водоемы и др.) поступают в шахты. Откачанные из шахт и разрезов воды, а также воды поверхностного стока от отвалов шахт, забоев и обогатительных фабрик, транспортных и бытовых коммуникаций, находящихся в границах горного отвода, относятся к сточным водам угольного предприятия [2].

Масштаб загрязнений водного бассейна на пришахтных территориях и его характер определяются в зависимости от концентрации вредных веществ в водных объектах, величина которого заметно увеличивается во время весеннего таяния снега. В районах с большим количеством атмосферных осадков показатели загрязнения водных объектов становятся значительными.

Поверхностные водоемы (озера, реки, водохранилища) также загрязняются и канализационными стоками от социальных объектов, расположенных в моногородах и поселках при угледобывающем объекте. Эти сточные воды характеризуются высоким уровнем бактериального загрязнения, наличием патогенной флоры, представляющей высокую опасность для здоровья населения.

Механизм загрязнения подземных водных горизонтов, следующий: ввиду несовершенства горного производства и нарушения горных массивов грунтов, часть загрязненных шахтных вод стекает в подземные воды, часто к ним присоединяются и поверхностные стоки. При отсутствии очистных сооружений техногенные загрязнения в составе подпитывающих вод попадают в грунтовые воды и дальше распространяются по всему геологическому разрезу, а затем сливаются в открытую гидрографическую сеть.

Подземные воды имеют, как правило, нейтральную слабощелочную среду. При попадании в горные выработки в условиях повышенного содержания кислорода в атмосфере происходит постепенное выщелачивание пирита из угля и вмещающих пород. Проходя по выработанному пространству и горным выработкам, шахтные подземные воды обогащаются сернокислыми солями железа, алюминия, кальция, магния и другими загрязняющими микроэлементами. Так среда в воде становится кислой, а сама вода наполняется значительным содержанием загрязняющих компонентов.

Состав откачиваемых из горных выработок вод представлен большим количеством окислившегося железа, сульфатов и хлоридов, за счет этого сточные воды становятся кислыми и минерализованными. Кислотность и засоленность, привносимые в природные поверхностные воды, пагубно влияют на экологическое состояние водоемов, делая их непригодными для питься, разведения рыб и использования в других промышленных целях. Объемы загрязняющих веществ, поступающие в водоемы из многочисленных террикоников и отвалов, имеют высокие концентрации для экологически опасного воздействия на флору и фауну.

Изменение химического состава вод, изливающихся из шахт и развалов на поверхность, имеет определенную закономерность. В начале излива шахтная вода максимально загрязнена, превышая величину загрязнения при работе угольного объекта. После ликвидации шахты методом затопления в горной выработке резко снижается поступления кислорода, что приводит к замедлению процессов разложения пирита и образованием сульфатов, железа, алюминия. Возникающий водообмен постепенно вытесняет на поверхность загрязненные шахтные воды, снижает концентрации основных загрязняющих компонентов, и происходит стабилизация химического шахтных вод на уровне более низком, чем в период эксплуатации шахт.

После закрытия неликвидных угольных объектов кислые стоки шахтных вод и вод, промывающихся через породные отвалы, являются, как правило, единственным источником загрязнения рек-водоприемников. Такие воды подлежат очистке. Очистку кислых стоков породных отвалов осуществляют на стационарных (при постоянном стоке) и передвижных (при периодическом стоке) нейтрализационных очистных установках.

Начинается эта работа интеграции в систему специальных емкостей, в которых воды нормализуются. Процесс подачи химреагентов автоматизируется по рН, который определяют проточные или погружные датчики. После отбора проб сточных вод подбираются химические реагенты, выбор которых зависит от:

• -    вида кислот или щелочей в стоках и их насыщенность;

• -    способа последующего применения солей из осадка.

Схема работы станции периодического действия такова: сточные воды поступают в емкость станции, в котором постоянно происходит измерение их кислотности (рН). При значениях в диапазоне от 6,5 до 8,5 воды свободно проходят через станцию. В случаях, если показатели больше или меньше установленных, на выходе закрывается вентиль, стоки направляются в емкости, куда подается раствор реагента. При восстановлении диапазона допустимых значений рН вентиль открывают, выпуская жидкость, которая может быть сброшена непосредственно в канализацию. Система работает полностью в автоматическом режиме, управляется рН-измерителем и контрольно-сигнальным модулем.

На станции нейтрализации постоянного действия вода движется через емкость свободно, если ее рН находится в допустимых пределах. Замер кислотности происходит автоматически. При изменении значений насос начинает подавать в емкость раствор реагента, запускается смеситель. При достижении рН нужных значений подача жидкости-нейтрализатора прекращается, останавливается миксер.

В случае неоднородности сточных вод по показателям кислотности, используют станцию приготовления и дозирования раствора реагента с двумя насосами-дозаторами: один - подает щелочь, другой - кислоту.

После приведения значений рН к допустимым дальнейшая очистка проводится 3 способами: в отстойниках, накопителях или осветлителях. В накопителях, например, осадок может храниться до 15 лет.

Горнодобывающие производства оказывают большое негативное воздействие на воздушную среду. Параметры выбросов вредных веществ в атмосферу в районах производственной деятельности предприятий угольного сектора зависят от объема их образования, количества уловленных веществ и количества вещества, выбрасываемого без очистки.

Из источников, таких как: промышленные и коммунально-бытовые котельные, вентиляционные системы предприятий, горящие природные отвалы, угольные склады, узлы пересыпки угля и горной массы и др., в воздушный бассейн выбрасывается значительное количество твердых и газообразных вредных веществ, загрязняя тем самым атмосферный воздух в радиусе нескольких десятков километров, угнетающе действуя на всю окружающую природную среду.

Изменение химических и физических характеристик атмосферного воздуха на прилегающих к угольным объектам территориям, негативно сказывается на здоровье людей, их работоспособности, снижая продолжительность жизни и способствуя развитию различных хронических бронхолегочных заболеваний. Помимо этого, частицы пыли проникают в жилые помещения и ухудшают санитарно-гигиенические условия проживания человека.

Загрязнение воздушного бассейна в зоне деятельности угледобывающего предприятия губительно действует также на здания, сооружения и технологическое оборудование и состоянии жилого фонда, проявляясь в виде механического абразивного износе от воздействия твердых частиц и коррозии.

В некоторых районах угледобычи, в связи с местными особенностями рельефа, наблюдается сочетание некоторых метеорологических факторов, которые создают условия для возникновение температурной инверсии, то есть аномального характера изменения какого-либо параметра в атмосфере с увеличением высоты. Инверсия температуры препятствует вертикальным перемещениям воздуха и способствует образованию облаков, тумана, смога, дымки. В этом случае концентрация вредных примесей может достигать высоких значений, губительных для всего растительного и животного мира.

Предприятия угольной отрасли вызывают существенные изменения верхней части литосферы, доступной для деятельности человека. Характер и размер этих трансформаций определяются природными и технологическими особенностями разрабатываемых месторождений. К таким изменениям относятся: деформация земной поверхности из-за создания подходов к углевмещающим породам; сокращение продуктивных земельных площадей из-за изъятия их из народнохозяйственного оборота; загромождение земель породными отвалами грунтов из шахт и забоев; смена структуры и состава поверхностного слоя земной коры, часто приводящая к полной или частичной потере плодородия земельных угодий.

Наибольшие нарушения природного ландшафта порождает открытая горная добыча угля, в отличие от которой подземному способу добычи необходимо значительно меньше территорий под земельный отвод.

При открытой горной выработке полезного ископаемого изменения строения недр и земной поверхности связаны с деформацией горных пород в надугольном пласте, в результате чего в разработанной горными работами толще пород образуются многочисленные зоны водопроводящих трещин. На поверхности земли это проявляется провалами, прогибами, затопленными и заболоченными участками.

При добыче угля на поверхность земли, извлекается много вскрышных и вмещающих пород, содержащих обломки угля.

Эти породы складируются в отвалы, к которым добавляется шлам и ил, возникающий от очистки выработок и водосборников, а также добавляются: отходы обогащения и порода от восстановительных работ в аварийных выработках. Обычно, количество породы, поднимаемой из шахты, составляет около 24% от добываемого угля.

Породные отвалы относятся к отходам угольного производства, они существенно ухудшают природный ландшафт, негативно влияя на ОС. Хранение пород в отвалах сопровождается загрязнением воздушного бассейна природной и угольной пылью. Часто наблюдается самовозгорание пород в отвалах, тогда в атмосферу выделяются оксиды углерода, серы, азота, сероводород, вредные для здоровья людей и природы [3].

Породные отвалы [4], как правило, располагаются в черте горнопромышленных агломераций, в границах их санитарнозащитной зоны находится селитебная тер- ритория, то есть территория, являющаяся частью на населённого пункта, которая предназначается для размещения жилой, общественной, социальной зон, инженерной и транспортной инфраструктур и др., деятельность которых не оказывает воздействия, требующего специальных сани- тарно-защитных зон.

Породные отвалы имеют свойство самовозгораться, при этом могут наблюдаться даже взрывы. Все это несет угрозу жизни людей и наносят существенный экономический ущерб. Как правило, показатели общей заболеваемости в районе размеще- по предупреждению горения пород налажен контроль их теплового состояния, осуществляемый в соответствии с [5]. Ранее замеры температуры на глубине от 0,5 до 2,5 м проводились с помощью контактных термометров. Данная методика не позволяла достоверно определить количество, форму и площадь очагов самовозгорания из-за редкой сети измерения температуры. В большинстве случаев из-за не- доступности к очагам горения отсутствовала возможность измерения их температуры. На смену контактным измерениям пришел современный дистанционный мониторинг стадий развития процесса горения отвальных пород, позволяющий своевременно выявить оптимальный комплекс мероприятий по предупреждению и ликвидации пожара, а также локализовать и ликвидировать его очаг.

Однако, в породных отвалах может быть использована повторно для изготовления строительных материалов и изделий (кирпича, гравия и др.), в качестве сырья для получения ценных материалов, при планировке местности в процессе рекультивации земель после закрытия убыточных шахт и т.п.

В заключение следует отметить, что у собственников угольных предприятий наработан положительный опыт по сохра- нению и восстановлению экосистем на отработанных углепромышленных территориях и закрытых шахтах. На практике сохранение баланса в окружающей природной среде достигается путем организованных, четко спланированных природоохранных работ, а также организации и ния таких отвалов почти в несколько раз    проведении мониторинга за состоянием выше, чем в других районах пришахтных   основных компонентов природной среды инфраструктур.                             на всей территории угольного бассейна.

COAL ENTERPRISES AS A SOURCE OF NEGATIVE ENVIRONMENTAL IMPACT

Kosygin Russian State University (Technologies. Design. Art)

(Russia, Moscow)