Вплив "мокрої" консервації шахт на еколого-радіаційний стан навколишнього природного середовища (на прикладі Луганської області)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Український науково-дослідний інститут екологічних проблем

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Спеціальність 21.06.01 - Екологічна безпека

Вплив "мокрої" консервації шахт на еколого-радіаційний стан навколишнього природного середовища (на прикладі Луганської області)

Удалов Ігор Валерійович

Харків 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському науково-дослідному інституті екологічних проблем (УкрНДІЕП) Міністерства охорони навколишнього природного середовища України.

Науковий керівник :

доктор геолого-мінералогічних наук, професор Решетов Іван Костянтинович, Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, професор кафедри гідрогеолоії

Офіційні опоненти :

доктор технічних наук, Яковлєв Євген Олександрович, Інститут проблем національної безпеки при РНБ України (м. Київ), головний науковий співробітник

кандидат технічних наук Захарченко Михайло Андрійович, Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, провідний науковий співробітник

Провідна установа :

Інститут геохімії навколишнього середовища НАН України та МНС України, м. Київ

Захист відбудеться 14.06.2007 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.812.01 Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем за адресою: 61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Українського науково-дослідного інституту екологічних проблем (61166, м. Харків, вул. Бакуліна, 6).

Автореферат розісланий 12.05. 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Жуковський Т.Ф.

1. Загальна характеристика роботи

консервація шахта забруднення луганський

Актуальність теми дослідження. Реструктуризація вугільної промисловості, що здійснюється останнім часом, призводить до суттєвих порушень у компонентах навколишнього природного середовища (НПС), що у ряді випадків мають регіональний масштаб. Особливо гостро ці зміни простежуються на територіях з високою концентрацією вуглевидобувних підприємств. При цьому техногенний вплив зазнають: повітряне середовище (в атмосферу надходять: продукти горіння породних відвалів - окис вуглецю, сірчаний газ, диоксід азоту; продукти пиління породних відвалів - пил вугільний та породний, а також відбувається активізація виділення метану та радону); водне середовище (відбувається зміна структури та обсягів водовідливу, формування зон підйому рівнів підземних вод, зміна хімічного та радіаційного складу поверхневих і підземних вод); геологічне середовище (геодинамічні процеси: підтоплення, зрушення, провали, просідання, засолення, міграція та виділення на поверхню шахтних газів, радіонуклідів, важких металів тощо). Наведені вище техногенні чинники впливу здебільше призводять до негативних ефектів у складових біосфери та ускладнюють умови проживання населення цих територій. У зонах підвищеного техногенного навантаження простежується деградація видового складу рослинного та тваринного світу, погіршується якість земельних і водних ресурсів, спостерігається активізація екзогенних геодинамічних процесів.

Багаторічна експлуатація вуглевидобувних підприємств Східного Донбасу та процеси реструктуризації вугільної промисловості, що відбуваються у теперішній час, призвели до нагромадження відходів з техногенно-підвищеною природною радіоактивністю. Тільки в зонах розташування ліквідованих шахт у Луганській області їх накопичено близько 150 тис. м3. Під негативний вплив потрапили сільськогосподарські угіддя, водозабори поверхневих та підземних вод з їх водоохоронними зонами, місця помешкання населення. Масштабність проблеми, її виняткова важливість для Луганської області викликали гостру необхідність проведення досліджень по охороні НПС при закритті вугільних шахт. У зв'язку з цим, наукове обгрунтування підвищення рівня екологічної безпеки районів закриття шахт з оцінкою та прогнозом екологічного стану НПС таких територій і розробкою відповідних природоохоронних заходів є актуальною науково-технічною проблемою, що висвітлюється у роботі.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана в рамках загальнодержавної "Програми реструктуризації вугільної промисловості України", основні напрямки якої визначені Указом Президента України № 116 від 07.02.1996 р. "Про структурну перебудову вугільної промисловості" і Постановою Кабінету Міністрів від 28.03.1997р. Одночасне закриття 8 шахт Стаханівського регіону суттєво змінило екологічне становище в районі досліджень. Оцінку екологічної безпеки при закритті однієї шахти неможливо здійснити без обліку впливу сусідніх шахт, що працюють або закриті. Необхідність регіонального підходу до питань закриття вугільних шахт передбачена Постановою Кабінету Міністрів № 31 від 12.01.1999 р. "Про міри щодо рішення еколого-гідрогеологічних проблем, що виникають унаслідок закриття гірничо-видобувних підприємств, шахт, розрізів".

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є оцінка техногенного впливу вугледобуваючих підприємств на НПС в умовах закриття вугільних шахт і оптимізація форм управління екологічною безпекою регіону.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:

- обґрунтувати пріоритетні складові моніторингу НПС у процесі ліквідації підприємств вугільної галузі й консервації шахт;

- дослідити процеси міграції природних радіонуклідів в атмосферному повітрі, ґрунтах і підземних водах у межах шахтного поля й за його межами;

- виявити джерела радіоактивного забруднення НПС у межах шахти та на супутніх об'єктах;

- дослідити вплив природних радіонуклідів на якість підземних вод Світлічанського водозабору, який є самим великим у Луганській області та в 3-ому поясі зони санітарної охорони якого розташована шахта “Пролетарська;

- на підставі проведених досліджень розробити заходи щодо поводження з відходами, що містять природні радіонукліди з підвищеною активністю.

Об'єктом дослідження є чинники небезпеки в природно-техногенній системі в районі розташування вугільних шахт Східного Донбасу, що закриваються.

Предметом дослідження є процеси негативного впливу на навколишнє природне середовище в умовах “мокрої” консервації вугільних шахт.

Методи дослідження. Вивчення території проводили польовими геолого-гідрогеологічними (відбір проб газу, ґрунтів, вод) методами в умовах закриття вугільних шахт. Для експериментальних досліджень вмісту радіонуклідів в об'єктах НПС застосовувався спектрометричний аналіз. Дослідження фізико-хімічних показників у воді й ґрунті проводили сучасними хіміко-аналітичними методами, які атестовані й регламентовані "Переліком методик виконання вимірювань (визначень) складу та властивостей проб об'єктів довкілля, викидів, відходів і скидів, тимчасово допущених до використання Мінекоресурсів України", що затверджений наказом Мінекоресурсів України від 03.11.03 № 98.

Наукова новизна отриманих результатів:

- вперше встановлено, що формування поверхневих вторинних ореолів (аномальних зон) підвищеної радіоактивності, в умовах Східного Донбасу, відбувається в результаті експлуатаційної розробки глибинних горизонтів та винесення на поверхню за рахунок процесів газо- масо- водообміну радіоактивних елементів;

- обгрунтовано та удосконалено систему ведення комплексного екологічного моніторингу в зоні взаємовпливу шахтного поля шахти “Пролетарська” та Світлічанського водозабору, яка враховує потенційну можливість формування забруднень питних вод хімічними та токсичними інгридіентами і радіонуклідами;

- встановлено та систематизовано чинники ризику щодо розвитку небезпечних екзогенних геологічних процесів, що дозволило вдосконалити систему управління екологічною безпекою території Східного Донбасу.

Практичне значення отриманих результатів.

Розроблено і частково реалізовано заходи щодо зниження впливу гірничо-добуваючих вугільних шахт з підвищеною радіоактивністю на НПС.

Виконано проект та частково реалізовано захоронення в спеціально обладнаному пункті поховання відходів шахти “Пролетарська”, які згідно ОСПУ класифікуються як радіоактивні відходи.

Удосконалено систему екологічного моніторингу в районі шахти “Пролетарська” та Світлічанського водозабору Луганської області, що дає можливість для подальшої безпечної експлуатації водозабору.

Отримані в дисертаційній роботі результати можуть бути використані для розробки природоохоронних заходів на аналогічних підприємствах вугільної галузі.

Особистий внесок здобувача. Основні наукові положення теоретичних та експериментальних досліджень розроблені і сформульовані автором особисто. Проведено дослідження вмісту шкідливих речовин на об'єктах НПС, аналіз отриманих результатів та апробація результатів роботи в умовах Луганської області. Обґрунтовано вплив закриття шахт на НПС, досліджено характеристики відходів виробничої діяльності шахт і виявлено місця забруднення відходами з техногенно-підвищеною природною радіоактивністю.

Виконано наукове обґрунтування системи моніторингу об'єкта укриття відходів з підвищеною природною радіоактивністю. Розроблені та запропоновані заходи щодо поліпшення якісного складу підземних вод верхньокрейдяного водоносного горизонту після закриття шахти “Пролетарська”.

Запропоновані заходи щодо зменшення виділення шахтних газів (у тому числі радіоактивних) на поверхню.

Апробація результатів дисертації. Основні результати досліджень і положення дисертації доповідалися на міжнародних і науково-практичних конференціях: 12 міжнародній науково-технічній конференції "Екологія і здоров'я людини. Охорона водного і повітряного басейнів. Утилізація відходів" (Бердянськ, 2004); міжнародній школі молодих вчених і фахівців, присвяченій 75-річчю ННЦ ХФТІ (Алушта, 2003); XVI міжнародній конференції по фізиці радіаційних явищ і радіаційному матеріалознавству (Алушта, 2004); міжнародній школі молодих учених по ядерній фізиці й енергетиці (Алушта, 2005); VIII Севастопольській Міжнародній конференції “Фундаментальні і прикладні проблеми моніторингу і прогнозу стихійних, техногенних і соціальних катастроф ”Стихія-2005” (Севастополь, 2005); XIII міжнародній науково-практичній конференції: “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я” “microCAD 2005” (Харків, 2005); науково-практичній конференції “Чорнобильська катастрофа та її вплив на екологічну ситуацію в Україні. (До 20-ї річниці Чорнобильської катастрофи)” (Харків, 2006); міжнародній науково-практичній конференції “Регіон-2006: стратегія оптимального розвитку” (Харків, 2006); четвертій науково-практичній конференції “Підтоплення - 2006, загальні проблеми запобігання та боротьби з регіональним підтопленням земель” (Слов'янськ, 2006).

Публікації по темі дисертації. За темою дисертації опубліковано 10 наукових праць, у збірниках і журналах, з яких 6 статей у фахових виданнях, регламентованих ВАК України.

Структура й обсяг дисертації. Дисертація складається з вступу, 5 розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 140 найменувань на 8 сторінках, та 2 додатків на 6 сторінках.

Загальний обсяг дисертації - 164 сторінки, з яких основний текст 135 сторінок. Робота містить 14 таблиць, 15 рисунків (з них 3 таблиці та 14 рисунків на окремих сторінках).

2. Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовані актуальність роботи, її зв'язок з науковими програмами, планами і темами, сформульовані мета, об'єкт, предмет і задачі досліджень, визначено наукову новизну отриманих результатів і їхнє практичне значення, особистий внесок автора й апробація результатів досліджень.

У першому розділі виконана систематизація досліджень по проблемі впливу закриття шахт на усі компоненти НПС. Проаналізовано досвід закриття шахт у регіоні і за кордоном, у тому числі проаналізований досвід затоплення шахт у роки Великої Вітчизняної війни 1941 - 1943 рр., подальша відкачка води з них у період 1944 - 1954 рр. і наступні 1995 - 2005 рр.

Реструктуризація галузі і її вплив на НПС розглядали в двох аспектах - “сухої” і "мокрої" консервації шахт. “Суха” консервація в Україні майже не виконувалась, в першу чергу за відсутність коштів. Встановлено, що складні специфічні еколого-геологічні проблеми виникають при "мокрій" консервації, що приведуть до значного підтоплення і забруднення великих площ, заболочуванню і засоленню земель, зміни гідродинамічних і гідрохімічних режимів підземної гідросфери, появи нових шляхів інтенсифікації міграції газів, обваленню покрівлі шарів, виникненню аварійних ситуацій на забудованих територіях.

Проаналізовані роботи відомих вчених, фахівців, інженерів по даній проблемі:

- вплив затоплення шахт у період 1941 - 1943 рр. і їхня відкачка в 1944 -1954рр. (роботи Д.І. Щеголева, В.С. Попова, М.Л. Левенштейна, Г.Г. Малеваного, та ін.);

- комплексний вплив закриття шахт на стан НПС у період 1995 - 2005 рр. (роботи Ю.М. Гавриленко, В.М. Єрмакова, І.М. Ксенди, О.А. Уліцького, В.А. Сляднева, Б.Д. Львова, Н.К. Маркіної, М.В. Бабаєва та ін.);

- роботи з радіологічного впливу на НПС (Г.Д. Коваленко, К.Г. Руді, Г.В.Лисиченко та ін.);

- проаналізовані роботи зі зміни хімічного складу шахтних і підземних вод, забрудненню важкими металами (роботи Є.О. Яковлева, М.І. Бесіди та ін.);

- роботи закордонних авторів, зв'язані з виділенням шахтних газів із закритих шахт. Рішенням цієї проблеми займаються в Казахстані Е.С. Іванкін, у Німеччині К. Вінтер, Х. Айхер, Ф. Хесбрюгге, в Англії Р. Робінсон, К. Паркер.

Незважаючи на численні дослідження з даної проблеми, радіаційно-екологічна ситуація, що виникла на деяких шахтах Луганської області при їхньому закритті, вивчена недостатньо. В даний час на вугільних шахтах регіону зібралося більш 150 тис. м3 відходів з техногенно посиленою природною радіоактивністю.

Другою проблемою при закритті шахт є організація комплексного моніторингу стану НПС по всіх його компонентах.

У розділі визначений напрямок роботи та здійснено постановку задач дослідження.

В другому розділі приведена характеристика геологічних і гідрогеологічних особливостей у будові району досліджень та методики досліджень.

Вивчення території проводили згідно з методики еколого-гідрогеологічного вивчення стану територій, забруднених унаслідок закриття вугільних шахт, та методикою оцінки екологічного стану територій, забруднених унаслідок закриття вугільних шахт. Обидві методики розроблені у УкрНДІЕП.

Стаханівський регіон входить в агроґрунтову провінцію Донецького кряжа. У ґрунтовому покриві переважають чорноземи на щебенистому алювії піщаників і сланців.

Встановлено, що особливості вуглевидобутку призвели до зміни міцностних властивостей порід, їхніх фізичних характеристик, активізували вертикальну міграцію шахтних газів (метану, радону), високомінералізованих підземних вод (у даному районі до 82 г/л), порід з підвищеною природньою радіоактивністю.

Виявлено, що на тектонічну будову району досліджень впливають Південний, Північно-Донецький і Чехировський надвиг, з амплітудами зчленування порід від 6 до 50 м.

Основні водоносні горизонти виділяються в четвертинних, палеогенових, крейдових, тріасових і кам'яновугільних відкладеннях.

Четвертинний водоносний горизонт є першим від поверхні і не захищеним від поверхневого забруднення. Показано, що якість вод помітно погіршується в останні роки, особливо на площах водозаборів. Мінералізація вод досягає 1,2-1,4 г/дм3 і має склад: від гідрокарбонатного кальцієвого до хлоридно-гідрокарбонатного натрієво-кальцієвого.

Палеоген-неогеновий водоносний комплекс розповсюджений не повсюдно в межах правобережжя Сіверського Дінця. Підземні води утримуються в слабозцементованих піщаниках та пісках новопетрівської, межигірської і обухівської свитах. Обрій слабко водорясний (витрати джерел - 0,1-0,2 л/с). По хімічному складу води гідрокарбонатно-сульфатні натрієво-кальцієві з величиною мінералізації 0,8-1,2 г/дм3.

За результатами теоретичних та експериментальних досліджень обґрунтовано, що верхньоміловий водоносний горизонт відноситься до верхньої тріщинуватої зони потужністю до 50-70 м, горизонт напорно-безнапорний, коефіцієнт фільтрації 10-25 м/доб. Обрій має значні ресурси і є основним для цілей централізованого водопостачання області. Експлуатується численними водозаборами в долинах рік Сіверський Донець, Лугань і їхніх приток. По хімічному складу води гідрокарбонатні кальцієві з мінералізацією 0,5- 0,8 г/дм3.

Встановлено, що в процесі експлуатації спостерігається зростання мінералізації води по багатьом водозаборам області. Мінералізація досягає 1,6-2,0 г/дм3. Варто враховувати, що на більшості водозаборів, що експлуатують крейдовий водоносний горизонт, відсутня природна захищеність, що пояснює його уразливість. Водоносний комплекс тріасових відкладень представлений піщаниками нижньої частини розрізу.

Водоносні комплекси кам'яновугільних відкладень пов`язані з тріщинуватими піщаниками і вапняками. Мінералізація вод змінюється від 2,5 до 34,3 г/дм3, а іноді досягає 82,3 г/дм3 (шахта “Пролетарська”, горизонт 680 м). Шахтні води у районі шахти “Пролетарська” - хлоридно натрієві, з мінералізацією до 20,0-21,0 г/дм3.

Шахти району по природному вмісту метану віднесені до над категорійних, вугільний пил вибухонебезпечний.

У третьому розділі наведено результати досліджень кількісних і якісних показників забруднення НПС після закриття шахти “Пролетарська” та 8 шахт Стаханівського регіону.

Показано, що при закритті шахт підвищується радіоактивне забруднення повітря, що негативно впливає на НПС. Джерелами підвищеного надходження радону в атмосферне повітря є зони дроблення, що примикають до ділянок тектонічних порушень, що перетинають шахтні поля шахт “Луганська” та “Пролетарська”.

Встановлено, що вміст радону в повітрі на ділянках породних відвалів досягає 0,3-6,0 Бк/м3 (фоновий вміст), високі значення вмісту радону спостерігаються в місцях колишніх відстійників шахти “Луганська” (на поверхні 22-35 Бк/м3, а на глибині 0,3 м до 180 Бк/м3), а в місцях дегазаційних свердловин на шахтному полі шахти “Центральна Ірміно” вміст радону досягає декількох сотень Бк/м3 (ГДК по НРБУ 50 Бк/м3 для жилих приміщень, та 100 Бк/м3 для виробничих приміщень).

Експериментальними дослідженнями встановлено, що в межах міської забудови відзначається підвищений в порівнянні з фоновим вміст барію (3,3 рази вище), свинцю (2,6 рази), молібдену (1,7 рази), олова і хрому (1,2 рази), марганцю і літію (1,1 рази). Визначено ряд елементів - ртуть, миш'як, свинець, кадмій, мідь, ванадій, що утворюють ореоли високої концентрації.

Дослідженнями встановлено, що радіологічна обстановка в районі поля шахти "Пролетарська" досить складна. Ґрунтуючись на приведених дослідженнях, виявлена наявність: 1) твердих радіоактивних відходів (ділянка проммайданчика); 2) високоактивні відкладення з наявністю твердих радіоактивних відходів (відстійник шахтних вод); і радіоактивно забруднені ґрунти (колектор шахтних вод). Основні параметри цих ділянок приведені в таблиці 1.

Таблиця 1 Об'єм забруднення по ділянках шахти “Пролетарська”

Ділянка	Загальна площа забруднення, м2	Площа розповсюдження радіоакивних відходів, м2	Середня потужність, м	Обсяг радіоак. відходів, м3	Питома активність, Бк/кг	МЕД, мкР/г
					Ra-226	Th-232
Пром. майданчик шахти	6000	2600	0,6	1560	3050-12700	1110-4200	240-1100
Відстійник шахтних вод	49500	35000	2,7	94500	I Акваторія
					73-460	50-185	30-50
					II Пляж відстійника
					780-3700	270-1330	120-250
Колектор скидання шахтних вод	1800	-	0,2	360	-	-	35-60

Радіоактивні відходи шахти “Пролетарської” відносяться до I групи низько активних, довго живучих радієвих відходів. Забруднення радіоактивними відходами хоча і локальне, але охоплює всю лінію залізничної колії шахтної залізниці в місцях мийки вагонеток, де потужність гамма-випромінювання досягає 1800 мкР/г, а забруднення радіонуклідами 46,1 Ки/км2 (проммайданчик), та 14,9 Ки/км2 (відстійник шахтних вод); вміст радону в приземному повітрі 2,5- 39,0 Бк/м3 і не перевищує ГДК, а в заглибленнях при відсутності вентиляції до 276 Бк/м3 - 6 ГДК. Встановлено зв'язок підвищеного вмісту 226Rа і 222Rn у ставках-відстійниках з підземними водами регіону і наявністю 222Rn у Правобережній групі свердловин Світлічанського водозабору, до 90-200 Бк/дм3, та підвищений вміст важких металів.

Показано, що закриття шахти "Пролетарська" призвело до зміни інтенсивності міграції метану і вуглекислого газу, що накопичуються у вироблених просторах.

Виконані радіометричні дослідження ґрунтів і породних відвалів показали, що радіоактивність ґрунтів у районі більшості ліквідованих шахт не виходить за межі фонових значень. Питома ефективна активність порід по 226Ra, 232Th, 40K не перевищує 370 Бк/кг. Висока радіоактивність відзначається в суглинисто- мулових відкладеннях відстійників шахтних вод шахти “Луганська”. Тут потужність дози гама- випромінювання з поверхні становить 150 - 520 мкР/г, у шпурах на глибині 0,5 м до 700 мкР/г. Щільність бета - випромінювання з поверхні - 80 імп/хв*см2, а альфа - випромінювання 4 імп/хв•см2. Вивчено, що на інших відстійниках шахтних вод (шахти: “Брянковская”, “Центральне Ирмино” ) потужність гама - випромінювання не перевищує звичайних для даної місцевості значень 21-25 мкР/г. За даними гама - спектрометричного визначення, виконаного УкрНДІЕП у 1999 - 2001 роках, в суглинисто- мулових відкладеннях відстійників шахти “Луганська” знаходиться 226Ra у кількості декількох тисяч Бк/кг. Сумарна питома активність на більш ніж 90% обумовлена присутністю 226Ra і становить 3490 - 13000 Бк/кг. Радіоактивні відходи є донними відкладеннями ставків - відстійників шахтних вод, розташованих каскадом у балці в безпосередній близькості від шахтарського селища Донецький. Літологично опади представлені суглинками чорних кольорів, потужність яких за даними бурових робіт 1999 року становить 1,8-2,0 м.

Вивчено хімічний склад підземних вод Стаханівського регіону. Виявлено залежність їх складу від зовнішнього навантаження і сильна метаморфізація. Четвертинний водоносний горизонт є незахищеним і підпадає під інтенсивне забруднення в результаті інфільтрації стічних вод. Вміст нітратів досягає сотень мг/дм3 (ГДК 45 мг/дм3).

У результаті проведеного рекогносцирувального обстеження водопунктів району були виявлені води з вмістом радону від 67 до 702 еман (240-2528 Бк/л). Високий вміст радону в підземних водах виявлений в районах шахт “Луганська” й “Максимівська”. Вміст радону в природних водах і водогінній мережі Стаханівського регіону приведено в таблиці 2.

Таблиця 2 Вміст радону в природних водах Стаханівського регіону

Ділянка відбору проб	Номер ділянки опроб.	Тип водопункту	Вміст радону
			СRn еман/л	СRn Бк/л	ГДК Бк/л
Шахта “Максимівська”	16	Джерело	642	2313	100
	17	Озеро	42	150	100
Шахта “Луганська”	22	Джерело	322	1160	100
	23	Джерело	702	2530	100
	25	Котлован зруйнованої насосної станції	230	830	100
	27	Колодязь	174	625	100
М. Стаханов шахта “Максимівська”	20	Водопровідна мережа (гараж)	67	240	100
М. Стаханов вул. Хмельницького	21	Водопровідна мережа	20	72	100
Шахта “Брянківська”	12	Відстійник	15	54	100

Виявлено, що концентрації радону у випробуваних джерелах дозволяють віднести підземні води району до групи дуже слабко радонових вод (водозабірний колодязь шахти “Луганська”, т.27), слабко радонових вод (джерела на північній окраїні шахти “Луганської”, т.22, 25) і средньорадонових водах (джерело на шахті “Максимівська”, т.16 і джерело на шахті “Луганської”, т.23. Виконаний аналіз шахтних вод показав наявність у підземних водах радіоактивного забруднення (226Ra, 232Th, 222Rn), що значно впливає на вищележачі водоносні горизонти.

Встановлено, що крім природних радіонуклідів на території ліквідованих вугільних шахт присутні й штучні радіонукліди - цезій-137 і стронцій-90, вміст яких у ґрунтах пов'язаний із Чорнобильською катастрофою. Поля шахт “Бежановска”, “Максимівска”, і “ім. Чеснокова” потрапляють у смугу радіоактивного забруднення по лінії Дебальцеве - Стаханов - Старобельск (зона північно - східного напрямку). Концентрація цезію - 137 у ґрунтах становить тут 18-55 кБк/м2 (0,5-1,5 Ки/км2). Звичайні концентрації цезію-137 для цього регіону у ґрунтах рівні 0,1-0,2 Ки/км2. Таким чином, вміст цезію-137 у ґрунтах Стаханівського регіону перевищує фонові значення в 5-10 разів, що зумовлює його підвищені концентрації в продуктах харчування в даному районі.

У четвертому розділі досліджені проблеми багатокомпонентного впливу закриття шахти “Пролетарська” на навколишнє середовище.

Шахта “Пролетарська” є найбільш типовим прикладом техногенного впливу на основні компоненти НПС і, крім того, вона знаходиться в зоні санітарної охорони одного з найбільших водозаборів Донбасу. Техногенне навантаження у процесі життєдіяльності шахти, а також і після її закриття, є найбільш показовим і характерним для обраної теми досліджень.

Показано, що реструктуризація вугільної галузі призводить до зміни техногенного пресингу, зумовлюючи підтоплення територій з жилою і промисловою забудовою; підтоплення сільськогосподарських угідь; активізацію інженерно-геологічних процесів (у тому числі зрушення в шахтних виробках, деформацію земної поверхні, утворення уступів, провалів і т.д.); зміну мінералізації і хімічного складу підземних вод діючих водозаборів; витиснення на земну поверхню руднічних газів (у першу чергу метану); зміну радіаційних характеристик по всіх компонентах (елементи радієвого ряду і радон); зміну сейсмічності району.

Встановлено, що функціонування вуглевидобувних шахт супроводжується багатофакторним впливом на НПС у цілому. Основні прояви цього впливу систематизовані на рис. 1.

Рис. 1 Схема впливу “мокрої” консервації шахт на навколишнє середовище

Доведено, що ліквідація вугільних шахт створила передумови погіршення якості підземних вод, особливо в районах діючих водозаборів. Поверхневе скидання високо мінералізованих вод (до 20 г/дм3 і вище) у процесі роботи шахтного водовідливу призвело до формування лінзи забруднення, що знаходиться в 3 зоні санітарної охорони Світлічанського водозабору. Крім того, закриття шахти призвело до активізації міграції радону, поява якого зафіксована в Правобережній та Ольховській групах експлуатаційних свердловин Світличанського водозабору.

Описано, що усі фактори, які впливають на активізацію і розвиток геологічних процесів, можна умовно розділити на природні і техногенні. Помічено, що техногенні фактори є каталізатором негативних процесів, що ускладнюють екологічну обстановку в регіоні. Необхідно додати, що кількісно оцінити ступінь впливу окремих факторів у даний час неможливо, тому і використовуються якісні характеристики.

Встановлено, що в процесі затоплення шахти раніше осушені гірські породи насичуються водою, і підняття рівня води йде вкрай інтенсивно перші 3-5 років після закриття. З огляду на спосіб відпрацьовування вугільних родовищ на Донбасі - обвалення покрівлі шару після відпрацьовування, і підвищену природну тріщинуватість порід у районі шахти “Пролетарська” виявлено, що “мокра” консервація шахт збільшує зони дроблення порід, побічно активізує газову міграцію, і безпосередньо впливає на збільшення сейсмічності району на 1-3 бали. Виявлено, що погіршення міцностних характеристик ґрунтів безпосередньо впливає на фундаменти промислових і цивільних споруд і комунікації.

Території із зміненими інженерно-геологічними та гідрогеологічними умовами до глибини: 1 - 500 м; 2 - 700 м; 3 - 1000 м; 4 - більше 1000 м. Ділянки впливу геолого-гідрогеологічних умов підроблених територій на можливий приріст струсу та ризику впливу на важливі господарські обґєкти: 1 - 5 балів, знижений ризик; 2 - 5-6 балів, середній ризик; 3 - 6-7 балів, підвищений ризик; 4 - 7 балів, підвищений ризик.

У п'ятому розділі запропоновано заходи, спрямовані на стабілізацію екологічної безпеки в районі підприємств вуглевидобутку, що закриваються, на прикладі шахти "Пролетарська".

Розроблено і впроваджено в експлуатацію проект поховання відходів з підвищеною природною радіоактивністю в ложі ставка-відстійника з пристроєм протифільтраційного екрана.

Проектом поховання радіоактивних відходів у межах ставка відстійника шахтних вод передбачені заходи, що повністю виключають можливість міграції радіонуклідів за межі полігона поховання. Головною умовою в цьому випадку є облаштованість протифільтраційним екраном з коефіцієнтом фільтрації 10-7см/сек по поверхні їхнього вкриття.

Способи поховання радіоактивних відходів викладені в спеціальній літературі й практично мало відрізняються. У їхній основі закладені вимоги СПОРО і НРБУ. Кінцевою метою заходів щодо поховання радіоактивних відходів є зниження сумарної дози всіх джерел опромінення до рівнів, що не перевищують гранично припустимої дози для відповідних категорій осіб; у цьому випадку - населення району.

Служби Мінекоресурсів проводять спостереження в основному за гідродинамічним режимом підземних вод, а також моніторинг інших компонентів НПС. На підставі проведеного аналізу даної проблеми в роботі запропонована система моніторингу виділених у процесі досліджень компонентів: загальний сольовий склад (макрокомпоненти, вміст заліза двох-, та трьохвалентного, нітритів, нітратів); вмісту біологічно активних елементів 1-го, 2-го та 3-го класу небезпеки (ртуть, арсен, свинець, мідь, олово, кобальт, молібден, літій, цинк, нікель, хром, кадмій, марганець, стронцій, барій); вмісту природних радіонуклідів (226Ra, 238U, 232Th, 210Po, 210Pb, 222Rn) на локальному рівні.

Найважливішим елементом по попередженню розвитку несприятливих процесів і явищ при закритті шахти є комплексна система моніторингу, у тому числі моніторинг об'єкта укриття відходів з підвищеною природною радіоактивністю, який схематично зображено.

Розроблено і запропоновано заходи щодо збереження якісного складу підземних вод верхньокрейдового водоносного горизонту після закриття шахти “Пролетарська”.

Запропоновано заходи щодо запобігання виділення шахтних газів (у тому числі радіоактивних) на земну поверхню. Розглянуто: буравлення дегазаційних свердловин з поверхні землі, і при необхідності, застосування вакуумної установки.

Запропоновано використовувати бальнеологічний ефект природних радонових вод для побудови водолікарні.

Висновки

Досліджено та систематизовано чинники ризику щодо розвитку небезпечних екзогенних геологічних процесів, забруднення водних ресурсів та зміни гідрогеологічних умов при “мокрій” консервації шахт, що дозволило вдосконалити систему управління екологічною безпекою території Східного Донбасу.

1. Вперше за комплексним критерієм - “геологічна будова - умови консервації” визначені шахти зі спорідненими умовами формування джерел екологічної небезпеки.

2. Виконано кількісну оцінку формування хімічного і радіаційного забруднення вод крейдового водоносного горизонту та вперше визначено механізми впливу на ступінь екологічної небезпеки Світлічанского водозабору, що є стратегічним обґєктом для забеспечення населення прилеглих територій питною водою.

3. Вперше встановлено, що формування поверхневих вторинних ореолів (аномальних зон) підвищеної радіоактивності, в умовах Східного Донбасу, відбувається в результаті експлуатаційної розробки глибинних горизонтів та винесення на поверхню за рахунок процесів газо- масо- водообміну радіоактивних елементів.

4. Ґрунтуючись на результатах радіоекологічних досліджень встановлено закономірності поширення різних типів відходів, які містять природні радіонукліди, у межах промзон шахтних полів: ділянки шахтної залізниці - тверді радіоактивні відходи; відстійник шахтних вод - високоактивні відклади із включенням твердих радіоактивних відходів; колектор шахтних вод - радіоактивно забруднені ґрунти.

5. Виявлена група елементів які необхідно контролювати при систематичному моніторингу на локальному рівні. Обгрунтовано та удосконалено систему ведення комплексного екологічного моніторингу в зоні взаємовпливу шахтного поля шахти “Пролетарська” та Світлічанського водозабору, яка враховує потенційну можливість формування забруднень питних вод хімічними та токсичними інгридієнтами і радіонуклідами.

6. Виконано проект ізоляції відходів з підвищеною природною радіоактивністю в ставку-відстійнику колишньої шахти “Пролетарська”. Захоронено 22 тис. м3 відходів з техногенно-підвищеною природною радіоактивністю.

Список опублікованих робіт з теми дисертації

1. Бабаєв М.В., Пятко Б.Я., Удалов І.В. Особливості радіаційної ситуації при закритті вугільних шахт (шахта "Пролетарська" ГХК Луганскуголь) // Питання атомної науки і техніки. Серія: Фізика радіаційних явищ і радіаційне матеріалознавство. - Харків: ННЦ ХФТІ, 2003. - № 6. - С. 133-136.

2. Удалов І.В. Особливості техногенного забруднення підземних вод (на прикладі Світличанського водозабору) // Збірник наукових праць. Тематичний випуск “Хімія, хімічна технологія та екологія”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2005. - № 27. - С. 115-121.

3. Бабаєв М.В., Решетов І.К., Удалов І.В. Застосування методики регіональної оцінки впливу природних і техногенних факторів на уразливість підземних вод (на прикладі Стахановської гірничо-міської агломерації) // Збірник наукових праць. Тематичний випуск “Хімія, хімічна технологія та екологія”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2005. - № 14. - С. 93-99.

4. Удалов І.В., Решетов І.К. Радіаційно-екологічна обстановка на шахтах, що закриваються, Стахановського регіону Луганської області // Проблеми охорони навколишнього природного середовища та екологічної безпеки: Зб. наук. ін./УкрНДІЕП. -Харків:ВД”Райдер”, 2005. - С. 48-57.

5. Удалов І.В. Активізація міграції газів при закритті вугільних шахт (на прикладі шахти Пролетарська Луганської області) // Збірник наукових праць. Тематичний випуск “Хімія, хімічна технологія та екологія”. - Харків: НТУ “ХПІ”. - 2006. - № 12. - С. 156-161.

6. Удалов І.В., Решетов І.К., Янчев В.К. Вплив реструктуризації шахт на еколого- радіологічний стан підземних вод // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності, 2006. - №3 (33). - С. 22-28.

7. Бабаєв М.В., Єрмаков В.Н., Удалов І.В. Організація комплексного моніторингу навколишнього середовища на період реструктуризації вугільної промисловості (на прикладі Стаханівського гірничо-промислового району Донбасу) // Зб. наук. праць УкрНДІЕП. - 2001. - № 25. - С. 63-71.

8. Бабаєв М.В., Удалов І.В. Техногенний і радіаційний пресинг при закритті вугільних шахт Донбасу // Праці 16 Міжнародної конференції по фізиці радіаційних явищ і радіаційному матеріалознавству - Алушта (Крим), 2004. - С. 368.

9. Удалов І.В., Решетов І.К. Передумови зміни геологічних умов у зв'язку з виведенням шахт з експлуатації // Чорнобильська катастрофа та її вплив на екологічну ситуацію в Україні - 2006: Матеріали наук.-практ. конф. - Харків: АЦЗУ, 2006. - С. 92-94.

10. Решетов І.К., Янчев В.К., Удалов І.В. Проблеми підтоплення і шляхи їхнього рішення в регіонах лівобережної України // Підтоплення- 2006 - загальні проблеми запобігання та боротьби з регіональним підтопленням земель: Матеріали наук.-практ. конф. - Слов'янськ: НПЦ “Екологія наука техніка”, 2006. - С. 76-78.

Анотація

Удалов І.В. Вплив “мокрої” консервації шахт на єколого-радиаційний стан навколишнього природного середовища (на прикладі Луганської області). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. - Український науково-дослідний інститут екологічних проблем, Харків, 2007.

Дисертація присвячена питанню впливу закриття вугільних шахт шляхом “мокрої” консервації на стан основних компонентів НПС та на якість підземних вод, що використовуються для питного водопостачання в Луганській області (на прикладі закриття шахти “Пролетарська” ГХК “Луганськвугілля”).

У роботі представлена комплексна оцінка стану НПС в умовах закриття вугільних шахт, розроблені природоохоронні заходи (на прикладі техногенного впливу підприємств вугільної галузі на НПС) по зниженню впливу відходів з підвищеною природньою радіоактивністю на НПС. Запропоновано технічні рішення з метою покращення екологічного стану регіону. Детально вивчена міграція природних радіонуклідів у межах шахтного поля в процесі виробничої діяльності шахти та після її ліквідації.

Проведено комплексне дослідження впливу закриття шахти на НПС, встановлені елементи, які підлягають постійному контролю при проведенні моніторингу на локальному рівні. Науково обґрунтовано і частково реалізовані заходи по запобіганню подальшого забруднення НПС і усунення його наслідків.

Ключові слова: навколишнє природне середовище, вугільна шахта, “мокра” консервація, підземні води, відходи, природна радіоактивність, моніторинг, заходи, захоронення.

Аннотация

Удалов И.В. Влияние “мокрой” консервации шахт на эколого-радиационное состояние окружающей природной среды (на примере Луганской области). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. - Украинский научно-исследовательский институт экологических проблем, Харьков, 2007.

Диссертационное исследование посвящено вопросу влияния закрытия угольных шахт путем “мокрой” консервации на состояние всех компонентов ОПС и на качество подземных вод, используемых для питьевого водоснабжения в Луганской области (на примере закрытия шахты “Пролетарская” ГХК “Луганскуголь”).

В работе представлена комплексная оценка состояния ОПС в условиях закрытия угольных шахт, разработаны природоохранные мероприятия (на примере техногенного влияния предприятий угольной отрасли на ОПС) по снижению влияния отходов с повышенной естественной радиоактивностью на ОПС. Предложены технические решения с целью улучшения экологической обстановки в регионе.

Детально изучена миграция естественных радионуклидов в пределах шахтного поля в процессе производственной деятельности шахты и после ее ликвидации. В пределах шахтного поля были выделены потенциально опасные участки производственного цикла с повышенной радиоактивностью, а именно: 1) твердые радиоактивные отходы (участок промплощадки); 2) высокоактивные отложения с включением твердых радиоактивных отходов (отстойник шахтных вод); и радиоактивно загрязненные почво-грунты (коллектор шахтных вод). Установлено наличие радона в воздухе подвалов производственных помещений, вентиляционных барабанах шахты, в подземных водах мелового водоносного горизонта и родниках идентичного возраста исследуемой территории.

Проведено комплексное исследование влияния закрытия шахты на ОПС. Исследованы и систематизированы факторы риска по развитию опасных экзогенных геологических процессов, загрязнения водных ресурсов и изменения гидрогеологических условий при “мокрой” консервации шахт, что позволило усовершенствовать систему управления экологической безопасностью территорий Восточного Донбасса.

Впервые установлено, что формирование поверхностных вторичных ореолов (аномальных зон) повышенной радиоактивности, в условиях Восточного Донбасса, осуществляется в результате разработки глубоких горизонтов и вынесения на поверхность за счет процессов газо- массо- водообмена радиоактивных элементов.

Выполнена количественная оценка формирования химического и радиационного загрязнения вод мелового водоносного горизонта, и впервые определены механизмы влияния на степень экологической опасности Светличанского водозабора, который является стратегическим объектом для обеспечения населения прилегающих территорий питьевой водой.

По предложенному в работе принципу “специальной ориентации”, установлены элементы, подлежащие постоянному контролю при проведении мониторинга на локальном уровне, включая мониторинг объекта укрытия и мониторинг качества подземных вод, по пяти скважинам, пробуренным в 3 поясе ЗСО Светличанского водозабора.

Разработана и реализована система локального мониторинга объекта укрытия отходов угольной шахты с повышенным содержанием естественных радионуклидов.

Научно обоснованы и частично реализованы мероприятия по предотвращению дальнейшего загрязнения ОПС и устранению его последствий, позволившие захоронить отходы с техногенно повышенной естественной радиоактивностью. Предложенная схема построения укрытия отходов с техногенно повышенной естественной радиоактивностью, позволила захоронить 22 тыс. м3 этих отходов.

Основные результаты работы, внедренные на шахте “Пролетарская” Луганской области, позволили стабилизировать ситуацию, сложившуюся с отходами угольной промышленности с техногенно повышенной естественной радиоактивностью и могут быть использованы на предприятиях-аналогах.

Ключевые слова: окружающая природная среда, угольная шахта, “мокрая” консервация, подземные воды, отходы, естественная радиоактивность, мониторинг, способы, захронение.

Annotation

Udalov I.V. Influence of the coal mines “wet” conservation on radio-ecological state of environment (on example of Lugansk region). - Manuscript.

Thesis for a Candidate's degree by the specialty 21.06.01- ecological safety. Ukrainian Scientific and Research Institute for Ecological Problems, Kharkov, 2007.

The dissertation research is devoted to the problem concerning the effects of closing the coal-mines by the method of “wet” conservation on the state of all the environmental components and on the quality of underground waters used for the drinking water supply in the Lugansk region (by the example of closing the coal mine “Proletarskaya”).

The dissertation presents the substantiated basic statements for the complex assessment of the ENS under conditions of abandonment of coal mines, the development of the environmental protection measures (by the example of man-caused effects of the collieries on the ENS) for reducing the influence of natural high-level radioactive wastes on the environment state (ENS). The engineering solutions aimed to improving the environmental safety in the region are proposed.

The complex study of the coal mine abandonment effects on the ENS is carried out, the elements subjected to the constant control during monitoring at a local level are established.

The measures on the prevention of further ENS pollution and elimination of its consequences are founded and partially realized that has permitted to detect, localize and dispose the high-level radioactive wastes.

The main research results introduced at the coal mine “Proletarskaya” in the Lugansk region have made it possible to stabilize the existing man-caused situation with natural high-level radioactive waste of the coal-mining industry and can be used at the similar facilities.

Key words: environment, “wet” conservation, coil mining, underground waters, waste, natural radioactivity, monitoring, method, waste disposal.

Размещено на Allbest.ru