CC BY
2R
О
Research BIB / Index Copernicus
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОСЛЕДСТВИЯ СТРУКТУРНЫХ И ЗНАЧИТЕЛЬНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ПУСТЫХ ПОРОД
<* https://doi.org/10.5281/zenodo.14026711
Курбанов Шавкат Хуррамович
Доцент Университета педагогической экономики
АННОТАЦИЯ
В статье представлены структурные и важные изменения пустых пород, лабораторные результаты полученных проб, концентрационные изменения в окисленных породах.
Ключевые слова. Пустые породы, сульфаты, сульфиды, оксиды минералогические и петрографические.
^^и maqolada chiqindi jinslarning а№икигаУ1у уа тиЫт o'zgarishlari, о1^ап па 'типа1агт 1аЬога1опуа па^а1ап, oksidlangan jinslarda kontsentratsiya о 'zgarishlari keltirilgan.
КаШ so'zlar. Chiqindi sulfatlar, sulfldlar, oksidlar, mineralogik va
petrograflk.
ВВЕДЕНИЕ
Терриконы являются неотъемлемой частью ландшафта больших и малых городов Донбасса. Только в Донецке их количество по разным источникам составляет от 120 до 138. Около 100 породных отвалов являются недействующими, из них только 25 считаются горящими. Из 32 действующих породных отвалов 28 - горящие. Высота породных отвалов Донецка колеблется в пределах от 8 м до 126, 6 м.
Породы, идущие в отвал, образуются за счет проходки выработок (52%) и их ремонта (48%). Такие "пустые" породы складируются вблизи стволов шахт в виде терриконов высотой до 60-80 м и отвалов хребтовой формы (в сумме 92%), реже - плоских отвалов (8%). Средний литологический состав отвалов отражает состав угленосной толщи. Это аргиллиты (60-80%), алевролиты (10-30%), песчаники (4-10%), известняки (редко до 6%, обычно меньше), а также
CHIQINDI JINSLARINI STRUKTURAVIY VA MUHIM O'ZGARISHLARINING EKOLOGIK OQIBATLARI
Qurbonov Shavkat Xurramovich
Iqtisodiyot pedagogika universiteti dotsenti
ANNOTATSIYA
Research BIB / Index Copernicus
значительные примеси угля (6-20%). Кроме того, отвалы содержат существенную долю техногенных материалов - деревянной крепи, металлических изделий, проводов и пр. При отсыпке отвалов происходит гравитационная сегрегация породы, т.е. разделение отсыпаемых пород по размерам обломков и удельному весу. При этом крупные и тяжелые обломки концентрируются у подножья отвалов, а углистое вещество распределяется неравномерно. Наименьшую зольность имеют породы в средней по высоте части отвала, к вершине и основанию она повышается. Отвальная масса изученных шахтных терриконов имеет зольность в пределах 57-99%, составляя в среднем 88, 5%. Влажность изменяется от 0, 2% до 11, 7%, составляя в среднем 3, 4%. Содержание общей серы в отвалах колеблется от 0, 01% до 10, 9%. В составе общей серы преобладает сера сульфидная (84%) [1].
Попадая в терриконы, породы карбона испытывают значительные преобразования. Это связано с процессами выветривания, когда скальные, прочные породы разрушаются и превращаются в полурыхлые и рыхлые. Выветривание пород сопровождается изменением их минерального и химического состава. Значительная часть компонентов пород выщелачивается водными растворами и мигрирует в окружающую среду, локализуясь на различных барьерах в почво-грунтах, растительном покрове, в грунтах зоны аэрации и в водовмещающих породах.
Наряду с выветриванием, которое распространено во внешней части терриконов, внутри них создаются благоприятные условия для окисления и последующего возгорания. Ведущая роль при этом принадлежит деятельности микроорганизмов. Окисление сульфидной серы осуществляется тионовыми бактериями. Они представляют собой обычно автотрофные микроорганизмы, использующие свободную СО2 на построении своего тела и получающие энергию при окислении серы и ее восстановленных продуктов. Изучение условий развития микроорганизмов в зонах окисления сульфидных месторождений установило их устойчивость при температурах от 2 до 70о С, рН среды - от 1 до 8 [2]. При этом развитие бактерий протекает в условиях высокой влажности породной массы. Эти данные показывают, что микроорганизмы устойчивы в условиях кислой среды, так как при окислении сульфидов образуется серная кислота, однако не переносят высокие температуры. Поэтому микроорганизмы начинают процесс окисления, который сопровождается выделением тепла, и разогревают определенную зону, а собственно горение может протекать внутри террикона в благоприятных условиях при доступе достаточного количества кислорода, когда происходит
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences
Research BIB / Index Copernicus
возгорание органической части угля.
Эти две зоны (желтая и белая) являются промежуточными между окисленными породами и первичными, они характеризуются неравновесными переходными условиями и контролируют процессы миграции и концентрации большей части макро- и микроэлементов (результаты лабораторных исследований проб приведены в таблицах 1, 2).
ОБСУЖДЕНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ. Поведение значительной части компонентов породной массы в процессе ее окисления имеет закономерный и вполне объяснимый характер. Так рост концентрации в окисленной породе по отношению к исходной устанавливается для следующих породообразующих компонентов: кремнезема (от 50, 21% до 54, 36%); глинозема (от 17, 73% до 20, 86%); Fe2O3 (от 6, 31% до 9, 43%); СаО (от 0, 93% до 1, 3%); №20 (от 0, 93% до 1, 05%); S03 (от 1, 93% до 3, 27%). Увеличивается почти в два раза концентрация водорастворимого (подвижного) сульфат-иона - Б042- (от 9796, 1 мг/кг до 17463, 7 мг/кг).
Табл. 1. Результаты лабораторных исследований проб
№ зоны 1 2 3 4
№ пробы 15 17 16 14
Описание Исходная Перегоревший Перегоревший Выветрелые и
минералого- порода - уголь, кирпично-красный кирпично-красный перегоревшие
петрографических углистые аргиллит с аргиллит с аргиллиты
особенностей сланцы черного налетами желтой налетами белой кирпично-
отходов цвета сульфатной сульфатной красного цвета
минерализации минерализации
Нитраты, мг/кг 21, 6 16, 2 0, 05 7
Сульфаты, мг/кг 9796, 1 16650, 2 91246, 5 17463, 7
Хлориды, мг/кг 61, 3 40, 5 41, 4 20, 2
РЬ, мг/кг 25 34, 3 17, 1 97, 1
Cd, мг/кг 1, 9 2, 9 2, 4 2, 9
As, мг/кг 4, 2 3, 8 1, 9 5, 5
мг/кг 0, 06 0, 035 0, 03 0, 1
Сорг, % 7, 71 0, 16 0, 67 0, 11
Бе203, % 8, 97 10, 85 7, 54 9, 54
А1203, % 19, 51 19, 36 18, 23 21, 1
Бобщ, % 0, 49 1, 41 3, 04 1, 49
Си, мг/кг 50 33 71 48
N1, мг/кг 47 72 51 52
Сг, мг/кг 102 104 97 85
Zn, мг/кг 94 93 102 98
V, мг/кг 94 94 105 86
Oriental Renaissance: Innovative, educational, natural and social sciences
Research BIB / Index Copernicus
Sn, мг/кг 7, 2 4, 6 3, 2 6, 8
W, мг/кг 2, 2 1, 8 1, 8 1, 8
Co, мг/кг 18 15 24 22
Mo, мг/кг 1, 5 1, 8 2, 2 2, 2
Mn, мг/кг 715 724 986 724
Ag, мг/кг 0, 03 0, 03 0, 03 0, 03
Ge, мг/кг 1, 5 1, 5 1 3
Bi, мг/кг 2 2 1, 5 2
Для ряда микроэлементов также отмечается рост концентрации в окисленных породах: РЬ (от 25 до 97, 1 мг/кг); Cd (от 1, 9 до 2, 9 мг/кг); ^ (от 0, 06 до 0, 1 мг/кг); As (от 4, 2 до 5, 5 мг/кг).
Вынос в процессе окисления испытывают Сорг. (от 7, 71% до 0, 11%); MgO (от 1, 55% до 1, 15%); К20 (от 2, 62% до 2, 38%); Н20 (от 1, 91% до 1, 06%); N0- ; С1-. Углерод, составляющий основу органической части исходных отвальных пород, окисляется (выгорает), частично улетучивается в атмосферу в виде углекислого и угарного газов, отчасти участвует в образовании новых минералов - карбонатов и гидрокарбонатов натрия, кальция, магния, железа. Магний и калий переходят из гидрослюдистых минералов пород в подвижное состояние и мигрируют водными растворами. Вода, определяющая влажность пород и играющая главную роль в процессе окисления, по мере роста температуры испаряется и мигрирует в промежуточные зоны, где достигает максимальной концентрации в связи с белой сульфатной минерализацией, что подтверждает формирование последней из пересыщенных водных растворов. Хлориды и нитраты, образующиеся в процессе окисления, выносятся, частично с компонентами выбросов в атмосферу, и отчасти, мигрируя водными растворами, сохраняя в них свою устойчивость при пересыщении сульфат-ионом.
Разогрев органической части угля в очагах окисления сопровождается ее термическим разложением, аналогичным процессу пиролиза. При этом образуются вредные летучие органические компоненты. В повышенных концентрациях в породах терриконов установлены:
1. Нефтепродукты в концентрациях до 548, 0 г/т. Максимальные концентрации нефтепродуктов наблюдаются в породе терриконов шахты "Паравичная" №5 и 1-7 "Ветка".
2. Фенолы в концентрациях до 0, 22 г/т. Минимальные концентрации фенола отмечаются в породах терриконов №2 шахты №4 «Ливенка» и №2 шахты «Центрально Заводская» - меньше 0, 01 г/т, максимальные - в породах террикона шахты №11 - до 0, 081 г/т.
Research BIB / Index Copernicus
3. Формальдегид установлен примерно в одинаковых концентрациях (до 0, 22 г/т) во всех изученных терриконах.
4. Моноэтаноламин зафиксирован в пробах с максимальной концентрацией 6, 25 г/т в породах террикона шахты «Центрально - Заводская». В отвальных массах террикона шахты №4 «Ливенка» обнаружена одна проба с концентрацией моноэтаноламина - 3, 65 г/т.
5. Максимальная концентрация дифенилопропана (2, 36 г/т) фиксируется в породе террикона шахты "Центрально-Заводская" №1.
Выбросы со стороны терриконов могут распространяться на сотни метров, захватывая большие площади, включая селитебные территории. Компоненты выбросов, осаждаясь на земную поверхность, загрязняют почво-грунты. При этом формируются ореолы рассеивания. Наиболее загрязненными являются заболоченные участки долин рек и днищ балок. Опыт проведения периодического экологического мониторинга почв в пределах г. Донецка показывает, что почво-грунты города имеют повышенный общегородской фон, зачастую превышающий ПДК, для кадмия, мышьяка, ртути, свинца и сульфат-иона. Источниками загрязнения почв данными компонентами являются в том числе выбросы со стороны отвалов.
Сами терриконы и ореолы рассеивания загрязняющих веществ в почвах служат источниками загрязнения водной среды сульфатами и токсичными компонентами. При этом загрязняется поверхностный сток, выщелачивающий растворимые сульфаты с поверхности терриконов и почв, и подземные воды в процессе инфильтрации загрязненных атмосферных осадков. Известно, что поверхностные и подземные воды городской черты имеют высокую минерализацию (более 2 г/л), жесткость (более 15 мг-экв/л), сульфатно-натриевый состав.
Негативные геологические процессы, связанные с терриконами, проявлены в разных аспектах. Водная эрозия их бортов приводит к расширению площади отвалов. Породная масса оказывает дополнительное давление на грунты основания, что может повлиять на изменение их фильтрационных свойств и оказывать локальное воздействие на уровенный режим первого от поверхности водоносного горизонта. Однако самое существенное негативное воздействие терриконы оказывают благодаря формированию зон замещения в грунтах зоны аэрации и в водовмещающих породах. Они проявлены развитием вторичной минерализации. В природных условиях эта минерализация представлена в виде обилия прожилково-вкрапленных карбонатов, развивающихся в зоне аэрации и в водовмещающих породах. В пределах городской территории, где
Research BIB / Index Copernicus
осуществляются выбросы углекислоты, сернистого ангидрида и т.д., карбонатная минерализация замещается гипсом и содовыми минералами. В пределах зон разломов увеличивается не только количество гипса, но и размеры выделений, достигающие 15-20 см в диаметре. Проявляется вертикальная зональность, когда в верхней части зоны аэрации выделяются конкреции и прожилки землистых агрегатов содовых минералов, ниже по разрезу появляется гипс, который далее становится основным техногенным минералом. Эта зональность обусловлена различной растворимостью содовых минералов и гипса в воде. Зоны замещения сопровождаются перераспределением большей части макро- и микрокомпонентов как в грунтах зоны аэрации, так и в водовмещающих породах и в подземных водах. В качестве проводников данных процессов служат разломы или геодинамические активные зоны.
Эта проблема имеет очевидный инженерно-геологический аспект. Опасность процессов антропогенного замещения грунтов основания зданий и сооружений заключается в том, что первичные природные грунты с конкрециями карбонатов обладают достаточно высокими прочностными характеристиками как в сухом, так и во влажном (обводненном) состоянии. В отличие от них загипсованные грунты сохраняют устойчивость лишь в сухом состоянии. Длительное замачивание сопровождается растворением гипса и, соответственно, потерей несущих способностей грунтов. Опасность состоит в том, что гипс слаборастворим водой, имеющей повышенную минерализацию. Изменения прочностных свойств при замачивании проб грунтов в лабораторных условиях могут быть также не установлены. Поэтому построенный, например, жилой дом на таких грунтах может со временем разрушится, что в последнее время не редкость. Пока грунты сухие - дом стоит. Прохудившиеся водопроводные и канализационные сети приводят сначала к затоплению подвалов. Постоянная фильтрация через зону аэрации вод с пониженной минерализацией приводит к растворению гипса и грунты основания теряют свои прочностные свойства.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Роль терриконов в экологии города является исключительно негативной. Для ее оценки в каждом конкретном случае требуются специальные геолого-экологические исследования для разработки природоохранных мероприятий по минимизации негативных воздействий. Это, прежде всего, предотвращение выбросов, организация поверхностного стока, предотвращение фильтрации атмосферных осадков в горизонты подземных вод, рекультивация и озеленение. Самым оптимальным является разборка отвалов и утилизация породной массы
Research BIB / Index Copernicus
с учетом ее физико-химических, физико-механических, минералого-геохимических и др. свойств.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ (REFERENCES)
1. Гигиенические критерии состояния окружающей среды /Совместное издание Программы ООН по окружающей среде и Всемирной организации здравооохранения. - Женева, 1983. - вып.12. - 115 б.
2. Белый И. Ф., Богданова И. А. Шум в кабине гусеничного сельскохозяйственного трактора //Тракторы и сельхозмашины. - 2016. - №. 10. - С. 50-52.
3. Ляшенко М.В., Победин А.В., Шеховцов В.В., Долотов А.А., Искалиев А.И., Соломатин А.В. Формирование воздушного шума в кабине трактора К-700А // Фундаментальные исследования. - 2014. - № 9-11. - С. 2386-2391;
4. Узбекистон Республикаси Вазирлар Махкамасининг 2020 йил 14 январдаги 21-сон "Республика худудларида пахтачилик хосили теримини механизациялаш даражасини ошириш чора-тадбирлари тугрисида" Карори.
5. "Мехнат жарохати ва касб касаллиги билан богли; муаммоларни хал этиш йуллари" мавзусидаги укув-семинар маърузалар ва норматив хужжатлар туплами, Узбекистон Республикаси Согликни саклаш вазирлиги Республика тиббий-ижтимоий экспертиза инспекцияси булим бошлиги А.У. Нарзуллаев маърузаси, 2017 йил.
6. Справочник по контролю промышленных шумов: Пер. с англ. /Пре. Л.Б. Скарина, Н.И. Шабанова; Под ред.д-ра техн.наук, проф. Б.В. Клюева. - М.: Машиностроение, 1979. - 447 б.
7. Андреев А. Н., Черненко Я. В., Туманов И. В. Исследование влияния шума в кабине трактора на реакцию тракториста-машиниста //Повышение управленческого, экономического, социального, инновационно-технологического и технического потенциала предприятий и отраслей АПК. -
2017. - С. 132-135.
