Оценка эколого-экономических последствий ликвидации угольных шахт

Донбасский горно-металлургический институт

К косвенным расходам, которые не всегда учитываются при принятии решения о ликвидации шахты, можно отнести дополнительные затраты, связанные с проведением контрольных и защитных мероприятий, связанных с ликвидацией шахт. Причем затраты на проведение в течение 10 -20 лет после ликвидации шахты таких мероприятий соизмеримы с прямыми затратами на закрытие шахты. Так, например, Луганскгипрошахтом разработан «Комплексный проект инженерной защиты Стахановского региона в связи с закрытием группы шахт» [6]. Этим проектом предусматривается оборудование 24 тыс. точек замера метана в зонах, опасных по выделению метана на дневную поверхность, что в сотни раз превышает количество таких точек, устраиваемых в период эксплуатации, проведения тампонажа 29 выработок, а также проведение ремонтно-восстановительных работ на подработанных участках земной поверхности по различным объектам (1041 здание, 1,82 км дорог, 14,12 км трубопроводов, 9,25 км электросетей). Намечен ряд мероприятий по предотвращению последствий подтопления поверхности на площади, превышающей 400 га, и в том числе устройство дренажа из перфорированных асбестоцементных труб диаметром 100 - 400 мм, закладываемых на глубине 2 - 3 м, общей протяженностью 46 км [7].

Аналогичная ситуация наблюдается и в других регионах. Например, из-за неправильного прогноза интенсивности выхода шахтных вод на поверхность после затопления шахт им. Тюленина и «Донецкая» значительный ущерб был нанесен г. Краснодону. Общая стоимость первоочередных мероприятий по защите окружающей природной среды составляет ориентировочно 7,3 млн. руб. ( в ценах 1984 г.) [8].

Помимо этого, можно выделить также потери угля в переделах горных отводов ликвидируемых шахт на свободных участках. Так, например, Институтом Южгипрошахт была произведена оценка ущерба от невозможности реализации проекта отработки промышленных запасов (более 150 млн. т коксующегося угля) на свободном участке «Мироновский глубокий» вследствие затопления шахты «Центральная - Ирмино». При этом экономический ущерб составил свыше 500 млн. грн. [6].

Анализ научных публикаций по вопросам, связанным с оценкой экологических последствий ликвидации угольных шахт, позволил установить, что на состояние экологической обстановки в пределах горных отводов закрываемых шахт и на прилегающих территориях городов и поселков основное влияние оказывают гидрогеологические процессы, связанные с подъемом уровней подземных вод и водонасыщением горных пород. При этом характер и степень воздействия этих процессов зависят от способа вывода шахты из эксплуатации.

Прекращение откачки шахтных вод при переводе шахты на «мокрую» консервацию приведет к затоплению горных выработок и ранее осушенных водоносных горизонтов. Опыт закрытия шахт, показывает, что затопление шахт ведет к изменению гидрогеологической обстановки в регионе. На горных отводах ликвидируемых шахт и в непосредственной близости от них наблюдаются выход на земную поверхность подземных вод, образование заболоченных участков, а также подтопление жилищно-коммунальных и промышленных объектов [3]. Исследованиями установлено, что общая площадь подтопленных участков в Луганской области составляет около 4 тыс. га, а в Донецкой - 5 тыс. га [5]. В Червоноградском районе (ГХК «Укрзападуголь») подтоплены участки на площади 1 тыс. га. Плодородные земли района были выведены из «обихода», местами образовался «мертвый» лес на воде. На подтопленных территориях в аварийном состоянии находятся жилые дома и промышленные объекты, повреждены трубопроводы питьевой воды, на земной поверхности образовались провалы. В результате просадок опустилось русло р. Самары. Особенно большой ущерб от ликвидации шахт был нанесен городам Краснодону, Стаханову, Червонограду [9].

Ликвидируемые в процессе реструктуризации шахты соединены множеством технологических и аэрогидравлических связей с соседними шахтами. Переток воды из затопленных в действующие шахты может осуществляться по сбойкам, вентиляционным выработкам и также через массив пород высокой степени проницаемости, затапливая при этом действующие выработки и увеличивая нагрузку на водоотлив [10].

При «сухой» консервации шахты будут продолжать оказывать усиливающееся техногенное воздействие на окружающую среду, обусловленное сбросом шахтных вод в поверхностные водоемы. Этот способ закрытия шахт сопровождается процессами дренирования и истощения водоносных горизонтов, подработки речной сети, осушения колодцев и других источников питьевой воды, а также загрязнения поверхностных и почвенных вод.

Негативное воздействие на окружающую среду оказывают также гидрохимические процессы, связанные с техногенным загрязнением водных и земельных ресурсов. По мере затопления шахт происходит повышение минерализации шахтных вод и загрязнение их вредными и радиоактивными отходами [2]. При этом ранее осушенные водоносные горизонты заполняются высокоминерализованными и загрязненными водами, которые насыщены нефтепродуктами, фенолами, другими вредными и токсическими элементами, загрязняя огромные объемы горного массива [3].

Откачиваемая из шахт вода, содержащая взвешенные твердые компоненты, растворенные соли и вредные вещества, сбрасывается в поверхностные водоемы, повышая минерализацию и ухудшая качественные показатели воды, которая становится непригодной даже для орошения пахотных земель [11].

Другими источниками загрязнения водных ресурсов и почв также являются хвостохранилища обогатительных фабрик и отстойники шахтных вод.

Повышение уровней подземных вод в границах угледобывающих регионов ведет к увеличению подвижности загрязнений и активному их поступлению в подземные и поверхностные воды [3].

Большую опасность для окружающей среды несут ликвидируемые шахты, содержащие радиоактивные отходы. При закрытии шахты «Луганская» ПО «Стахановуголь» в отстойниках шахтных вод и отвалах шлама были обнаружены зоны интенсивного радиоактивного загрязнения. Площадь радиоактивного загрязнения поверхности промплощадки достигает нескольких тысяч квадратных метров, а объемы загрязненных шламов - 2 - 3 тыс. м³ [2].

Существенное влияние на окружающую биосферу оказывают геохимические процессы, развитие которых обусловливается перераспределением потоков взрывоопасных и токсичных газов в ликвидируемых шахтах. Добыча угля в Донбассе осуществляется в сложных газодинамических условиях. Большинство шахт относится к сверхкатегорийным, опасным или угрожаемым по внезапным выбросам угля и газа. В процессе отбойки угля выделяется газ метан, объемы которого в десятки и сотни раз превышают объемы добываемого угля (на отдельных шахтах на 1 т добытого угля выделяется более 100 м³ метана). В связи с этим Донецкий угольный бассейн можно рассматривать как газоугольное месторождение.

После прекращения работ по выемке угля и ликвидации шахты метановыделение продолжается в течение длительного времени, хотя его интенсивность заметно снижается. При этом установлено, что на ликвидируемых шахтах в связи с прекращением подачи воздуха в подготовительные выработки, их затоплением и засыпкой стволов, повышается давление в замкнутом объеме и увеличивается опасность выхода шахтного газа на поверхность [12].

Накапливающийся в выработанных пространствах и горных выработках ликвидируемых шахт метан при определенных условиях через незатампонированные технические скважины, погашенные горные выработке и образовавшиеся в результате воздействия горного давления трещины попадает в действующие шахты или на поверхность [13]. Это создает трудности в обеспечении нормальных условий работы добычных участков работающих шахт, примыкающих к отработанным на ликвидируемых. Помимо этого, неконтролируемое метановыделение в выработки ликвидированных шахт является причиной выхода газа на поверхность и создания взрывоопасной ситуации в загазированных подвальных помещениях зданий и сооружений. В Донбассе зарегистрировано 73 случая воспламенения шахтного метана на поверхности и три случая загазирования подвалов «мертвым воздухом». При этом травмирован 91 человек [14]. Аналогичные случаи были зарегистрированы и за рубежом. Стахановский регион является наиболее опасным в этом отношении. Продолжительность и интенсивность газовыделения из выработок ликвидируемых шахт зависит от многих горно-геологических факторов. Известны случаи интенсивного метановыделения из массивов закрытых шахт на протяжении длительного времени. Так, в г. Первомайске (Луганская обл.) выход газа на поверхность после закрытия шахты «Центральная - Первомайская» продолжается на протяжении 20 лет. За этот период в пределах горного отвода произошло пять взрывов и воспламенений метана в жилых и производственных помещениях. По пробуренным для защиты поверхностных сооружений от загазирования скважинам выделилось более 60 млн. м³ метана. При этом дебит газовой смеси составлял 17-20 м³/мин., а содержание метана 24 - 25 % [13]. Аналогичная картина с газовыделением из ликвидированных шахт наблюдается и на других шахтах региона. Вместе с тем на некоторых шахтах, помимо взрывоопасного метана, обнаружены токсичные (радон, торон) газы [11].

Источником загрязнения воздушной, водной среды и земельных ресурсов являются терриконы и отвалы ликвидируемых шахт. В Донецком бассейне насчитывается 1185 породных отвалов, 397 из которых горящие. Оставленные бесхозными, они загрязняют биосферу продуктами выветривания и сгорания угля и углесодержащих пород, создают наносы вредных и токсичных элементов (мышьяк, ртуть, цинк, фтор, барий, кадмий, марганец и др.) на почвах [2]. Ежегодно в атмосферу выбрасывается 162 т вредных загрязняющих веществ, более 400 т твердых частиц и выщелачивается около 6 т солей [11]. Огромные площади плодородной земли вокруг терриконов заражены и лишены растительности.

Негативное воздействие на окружающую среду при ликвидации шахт оказывают инженерно-геологические процессы, обусловленные нарушением устойчивого равновесия в зонах влияния горных работ ликвидируемых шахт.

Ведение горных работ в Донецком бассейне на протяжении 200 - летнего периода при использовании технологий выемки, предусматривающих обрушение пород кровли, привело к изменению геодинамической обстановки в регионе. Суммарная площадь, на которой ведутся горные работы, равна 11500 км², что составляет 75 % всей площади бассейна. Извлечение угля и обрушение пород горного массива обусловило развитие техногенных процессов, связанных с проседанием земной поверхности в пределах горных отводов. На значительной территории подработана речная сеть, на площади около 8 тыс. км² опустилась земная поверхность [3].

Массовая ликвидация угольных шахт способствует усилению этих процессов. При затоплении выработок происходят водонасыщение породного массива и изменение его физико-механических свойств. В результате этих процессов происходит усиленное размокание пород и активизируется сдвижение ранее подработанной толщи. Следствием этого являются оседания поверхности, деформация зданий, образование провалов и крупных трещин на поверхности земли [10]. Среднее проседание поверхности составляет 0,5 - 1,2 м, но местами, например, в Западном Донбассе, оно достигает 7,5 м [11].

Оседание поверхности в пределах горных отвалов ликвидируемых шахт сопровождается деформациями и разрушениями зданий и сооружений, а также канализационных коммуникаций.

Наибольшее негативное воздействие на окружающую среду оказывают старые непогашенные выработки, расположенные на небольшой глубине, а также незатампонированные выработки, имеющие выход на земную поверхность.

Проявление гидромеханических процессов в пространстве затапливаемых шахт вследствие сдвижения водонасыщенных пород обуславливает развитие инженерно-сейсмических процессов. Воздействие этих процессов способствует возникновению гидромеханических ударов, способных разрушить межшахтные целики, изолирующие перемычки, а также вызвать деформацию земной поверхности и подземных сооружений. Однако механизм воздействия этих процессов недостаточно изучен, что затрудняет осуществление достоверных прогнозов их появления [15].

Выводы

Масштаб, характер, деятельность и экономические последствия негативного влияния ликвидируемых шахт на окружающую среду предопределяют необходимость проведения комплексной оценки этих последствий с целью учета ее результатов при принятии решения о ликвидации шахты с неотработанными промышленными запасами. При этом такая комплексная оценка должна отражать возможные последствия негативного влияния на окружающую среду, масштаб экономического ущерба и социальную защиту работников.

С нашей точки зрения до ликвидации угольных шахт необходимо разрабатывать стратегию развития региона, предусматривающую изменение хозяйственной структуры и создание новых производств, что позволит трудоустроить работников, высвобождаемых в связи с ликвидацией шахт, на других предприятиях, в том числе малого бизнеса. При этом задачи по нейтрализации негативных эколого-экономических последствий ликвидации угольных шахт в шахтерских регионах должны стать первоочередными, а их решение носить постоянный характер.

Проведенные исследования по изучению последствий влияния ликвидации угольных шахт на окружающую среду позволяют также сделать вывод о необходимости принятия эффективных упреждающих защитных мер, позволяющих снизить это негативное влияние. При этом важнейшим элементом комплексных мероприятий по предупреждению неблагоприятных изменений состояния окружающей среды может стать система экологического мониторинга. Эта система, наряду с проведением анализа и оценки состояния экологической среды в районе ликвидации шахты, позволит прогнозировать возможные экологические последствия и принимать технические решения по их предотвращению.

Значительным резервом снижения негативного влияния экологических последствий ликвидации шахт на окружающую среду является решение задач по использованию сопутствующих природных ресурсов, которые в настоящее время являются источниками загрязнения биосферы. Например, откачиваемая из шахты вода может опресняться, что позволит не только исключить ее вредное воздействие на окружающую среду, но и существенно пополнить запасы пресной воды в регионе. Утилизация выделяющегося из горного массива шахт метана может стать дополнительным источником энергии. Уже в настоящее время накоплен опыт сжигания шахтного метана в котельных для получения тепловой энергии и использования его в качестве моторного топлива автомобилей. Экономически целесообразна также переработка промотходов породных отвалов и особенно шламонакопителей, в которых содержится значительное количество редких и цветных металлов.

SUMMARY

The question of negative influence of closing coal mines upon the ecological and economical conditions in the region is considered. The experience of liquidation coal mines is generalized and the corresponding classification is elaborated. Measures to decrease negative influence of closing coal mines are proposed.