CC BY
296
УДК 551
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ВОСТОЧНОГО ДОНБАССА © 2004 г. В.В. Приваленко, З.Р. Кузина, Г.Ю. Коломенский, Л.В. Гипич
On the territory of Eastern Donbass a restructuring of coal industry is carried out. The reason of many environmental problems is closing of a large number of mines. These problems are - settlements being drowned by mine water, emission of underground gases, subsidence, pollution of underground and surface water etc.
A separate problem is numerous mine dumps and sedimentation tanks of processing plants.
In the article is estimated level of danger of all the abovementioned effects for environment.
Реструктуризация угольной промышленности Восточного Донбасса и связанное с этим закрытие шахт повлекли за собой ряд проблем экологического характера. Ликвидационные мероприятия вызывают активизацию негативных природно-техногенных процессов, которые охватывают значительные территории как в городах и шахтёрских посёлках, так и в прилегающих ландшафтах Восточного Донбасса.
Вследствие подъёма уровня подземных вод, заполнения депрессионных воронок, водонасыщения ранее осушенных породных массивов происходит интенсификация гидро,- газо- и геодинамических процессов, которые преобразуют сформировавшиеся до ликвидации шахт условия. Эго выражается в нарушении подработанных массивов горных пород и дневной поверхности, подтоплении населенных пунктов, загрязнении подземных и поверхностных вод шахтными водами, выделении из выработок токсичных и взрывоопасных газов, активизации микросейсмических явлений, что значительно осложняет экологическую ситуацию в регионе.
В результате выемки и перемещения огромных масс угля и вмещающих пород, в горных массивах месторождений развиваются процессы нарушения и сдвижения породных массивов и блоков. Их последствия проявляются на поверхности земли над выработанным пространством в виде провалов и мульд оседаний. Эти процессы и явления происходят и после ликвидации шахт в течение длительного времени.
К опасным экологическим последствиям приводит нарушение геодинами-ческого и гидрогеомеханического состояния массивов горных пород вследствие отработки угольных пластов, образования выработанного пространства общим объёмом более 300 млн м3 и последующего затопления его подземными водами. В результате значительно возрастает сейсмичность техногенного характера, распространяющаяся далеко за технические границы шахт. По состоянию на 01.01.2002 г. на территории Восточного Донбасса зарегистрировано 29 техногенных землетрясений силой 3-4 балла по шкале Рихтера.
Бесконтрольный и не всегда предсказуемый подъём уровня подземных вод осложняет гидрогеологическую обстановку на действующих шахтах, так
как приводит к увеличению в них водопритоков. Шахтные воды, даже не выходя на поверхность, но, заполняя подвальные помещения, погреба, за счёт своей высокой агрессивности способны разрушать фундаменты зданий, сооружений, выводить из строя инженерные коммуникации.
Перед закрытием шахт в целом по бассейну откачивалось 12,5 тыс. м3/ч шахтных вод. Примерно такое же количество вод направлялось в гидрографическую сеть. Сбрасываемые и изливающиеся высокоминерализованные шахтные воды содержат многие токсичные микроэлементы - медь, кобальт, кадмий, стронций, хром в концентрациях, превышающих предельнодопустимые концентрации (ПДК), что приводит к загрязнению рек и связанных с ними грунтовых вод. Загрязнение подземных и поверхностных вод сопровождается загрязнением воды в колодцах, используемых населением для хозяйственно-питьевого водоснабжения, засолением почвенного покрова, что, в свою очередь, приведет к выводу земель из сельскохозяйственного производства. Вполне предсказуемо ухудшение условий обитания диких животных, под угрозу ставится само существование многих биоценозов.
Именно поэтому уже сегодня необходимо не только обозначить экологические проблемы Восточного Донбасса, но и собрать, подвергнуть анализу и обобщить все материалы по его природному потенциалу, техногенным факторам, определяющим напряженность экологической обстановки, выявить уровень современного загрязнения основных жизнеобеспечивающих сред, определить характер, масштабы и динамику процессов нарушения природной среды.
Для выявления причин негативных изменений в экосистемах и уровня дестабилизации этих систем наиболее информативен бассейновый подход, когда состояние экосистем оценивается в пределах бассейна реки или ее притоков. Если рассматривать исследуемую территорию с позиций экогеохимии, то загрязняющие вещества (химические элементы и их соединения с концентрацией в жизнеобеспечивающих средах выше фоновой или ПДК) так или иначе совершают ряд миграционных процессов и трансформаций в пределах бассейна вполне определенной реки и могут выходить из этого бассейна только в результате воздушной миграции или при техногенезе.
Территория Восточного Донбасса в пределах Ростовской области характеризуется наибольшей плотностью горнодобывающих предприятий. Здесь сосредоточены как угольные шахты, так и карьеры для добычи огнеупорных и тугоплавких глин, глин для кирпичного сырья, глинистых сланцев, песчаников, известняков.
В табл. 1 показано распределение техногенных объектов, связанных с угольной промышленностью, по бассейнам рек Восточного Донбасса. Максимальная удельная техногенная нагрузка наблюдается в бассейнах рек Не-
светай, Кундрючья и Кадамовка, а из шахтерских городов максимальное давление техногенеза испытывают г. Гуково и Красный Сулин.
Таблица 1
Распределение техногенных объектов, связанных с угольной промышленностью по бассейнам рек Восточного Донбасса*
Бассейн реки Шахта дейст- вующая Шахта ликви- диро- ванная Обогати- тельная фабрика дейст. Обогати- тельная фабрика закр. Выход шахтных вод Сброс шахтных вод Пруд- отстой- ник Пород- ный отвал
Несветай 2 13 2 2 7 3 9 46
Малая Каменка 0 1 0 0 0 0 0 2
Большая Каменка 1 8 1 0 2 1 6 43
Бургуста 2 2 0 0 4 2 2 7
Г ннлуша 3 4 2 1 3 4 5 38
Кундрючья (без Бургусты и Гнилуши) 3 6 1 0 7 2 4 59
Лихая 3 6 0 1 5 3 4 22
Аюта 1 7 1 0 5 2 3 21
Грушевка 0 8 2 0 3 1 7 37
Кадамовка 2 2 0 2 3 3 4 13
Керчик 1 0 0 0 0 0 0 0
Калитва 0 7 1 1 2 0 7 25
Быстрая 0 4 0 0 2 1 0 8
Сев. Донец без притоков 0 9 0 0 2 0 3 105
* - Некоторые техногенные объекты попадают в 2 или более бассейнов рек.
Таблица 2
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в городах Восточного Донбасса, тыс. т в год («Экологический вестник Дона», 2002 г.)
Город Суммарный выброс предприятий Пыль, сажа (твердые выбросы) Диоксид серы Оксид углерода Окислы азота Углеводо- роды
Белая Калитва 16,032 0,260 0,316 11,570 1,930 1,845
Гуково 14,571 1,138 1,266 9,487 1,337 1,327
Донецк 7,987 0,517 0,436 5,273 0,915 0,835
Каменск- Шахтинский 17,756 0,452 1,341 12,808 2,067 1,917
Красный Сулин 16,126 1,398 5,340 6,760 1,674 0,948
Новошахтинск 12,891 0,649 0,556 9,386 1,103
Шахты 39,307 1,720 1,630 28,732 3,669 3,487
Загрязнение воздушного бассейна
Экологический контроль состояния атмосферного воздуха на территории Восточного Донбасса не ведется. Из-за сокращения объёмов финансирования наблюдения СКЦ ГМОС проводятся только в шести городах: Ростове-на-Дону, Азове, Волгодонске, Новочеркасске, Таганроге, Шахтах (единственный в Восточном Донбассе действующий пост наблюдения).
Закрытие многих шахт привело к проявлению негативных процессов, связанных с повышением загазованности горных выработок после прекращения их проветривания. В их атмосфере повышается содержание метана, углекислого газа, уменьшается количество кислорода. По опыту дегазации выработанных пространств установлено, что со временем метан может преобладать в шахтной атмосфере ликвидированных шахт, достигая содержания до 80 % и более. При этом содержание кислорода снижается до 3-5 %, а концентрация токсичных газов превышает ПДК в десятки - сотни раз (содержание углекислого газа достигает 2-3 %, сероводорода - 1). «Мёртвый воздух» с содержанием кислорода менее 17 % вызывает одышку, слабость, нарушение сердечной деятельности, а снижение концентрации кислорода до 12 % - смертельно опасно.
Прекращение проветривания горных выработок может привести к увеличению радиоактивных эманаций в подземном пространстве. Концентрации радона в непроветриваемых шахтах могут возрастать до значений, превышающих норму в 1,2-1,6 раза и более.
В табл. 2 представлены данные по выбросам загрязняющих веществ в городах Восточного Донбасса.
Индикаторами уровня загрязнения атмосферы являются соединения тяжелых металлов. Для Ростовской области характерно преобладание в атмосферной пыли цинка (в Каменске - это выбросы химического производства), свинца (здесь прямая связь с выбросами автотранспорта), меди, хрома, ванадия (топливно-энергетический комплекс). В пробах пыли, выпавшей на поверхность снега в Восточном Донбассе, зафиксированы в аномальных концентрациях цинк, медь, свинец, хром, серебро, стронций, барий (табл. 3), но эти аномалии слабоконтрастны и сходны с аномалиями в городских ландшафтах низкого и среднего уровня загрязнения. Например, повышенные содержания свинца и цинка в атмосферной пыли зафиксированы в атмохимиче-ских пробах, отобранных в районе г. Каменск-Шахтинского и Донецка. На большей части территории «открытого» Донбасса концентрация свинца в пыли значительно ниже, возможно это объясняется участием в формировании общей пылевой массы продуктов дефляции породных отвалов. В пыли с отвалов концентрация металлов существенно ниже, чем в промышленных и автотранспортных выбросах.
Таблица 3
Концентрация металлов в атмосферной пыли в городах Восточного Донбасса (мг/кг)
Город, населенный пункт Мп N1 Со V Сг Си РЬ Ъп 8г Ag
Белая Калитва 466 81 30 174 232 179 189 635 252 1
Г уково 662 68 26 156 215 101 242 946 181 0,4
Донецк 669 52 20 112 300 130 400 1646 173 1,2
Донецк (снег) 501 92 28 114 229 275 606 1802 216 2
Зверево 540 72 86 160 158 102 79 550 502 0,2
Каменск 463 41 11 71 148 106 371 455 197 0,5
Красный Сулин 780 48 60 132 195 110 64 621 406 0,2
Лихая 570 75 33 164 240 97 239 880 263 1,3
Новошахтинск 481 86 19 133 361 146 186 680 256 0,8
Шахты 464 80 17 110 266 164 179 1277 173 1,4
Шолоховская 495 102 54 159 192 120 147 820 244 0,9
Усть- Быстрянская 320 33 22 51 81 22 17 112 114 0,2
Вешенская 510 54 9 90 80 16 9 73 99 0,1
Уменьшение доли техногенной составляющей объясняется усилением дефляционных процессов в теплый период, поэтому концентрация большей части тяжелых металлов в атмосферной пыли летом несколько ниже, чем зимой. Концентрация стронция и бария - спутников строительной индустрии -в этот период возрастает за счет интенсификации жилищного и дачного строительства.
В целом, результаты спектрального анализа зимней пыли в районе Восточного Донбасса свидетельствуют о сравнительно невысоком уровне загрязнения атмосферы тяжелыми металлами.
В жидкой фазе снеговых проб (табл. 4) зафиксировано повышенное, в сравнении с фоном, содержание гидрокарбонатов, сульфатов и аммиака, это свидетельствует о загрязнении атмосферы оксидами серы и углерода, а также азотными соединениями. Реакция среды смещена в кислую сторону. В теплый период проба pH обычно дает значения 7,0-7,5, так как кислотные радикалы летом нейтрализуются избытком карбонатной пыли, и поэтому закисления природной среды в Ростовской области, как правило, не наблюдается. Жесткость обычная для снеговой воды - 0,1-0,7мг-экв/л.
Проведенная снеговая съемка позволила получить адекватную картину современного состояния воздушного бассейна на территории Восточного Донбасса. Данные атмохимического опробования свидетельствуют о незначительном (или низком) уровне загрязнения атмосферы неорганической пылью, органическими соединениями и растворимыми солями на большей части территории Восточного Донбасса. Коэффициенты концентрации тяжелых
металлов в пыли не превышают значений 1,5-5, что также служит доказательством нашего утверждения о невысокой атмохимической нагрузке на территории Восточного Донбасса в зимнее время.
Таблица 4
Химический состав снеговой воды в городах Восточного Донбасса
Г ород, населенный пункт Жест- кость pH Мине- рали- зация НС03 С1 во4 N03 N02 Са М8 №+К N114 Бе
Белая Калитва 0,15 4,9 72 9,2 5,3 21,4 1,12 0,024 2 0,6 11,7 1,79 0,13
Гуково 0,6 6,6 72 24,4 10,6 18,9 2,41 0,018 4 4,9 7,1 1,71 2,21
Донецк 0,15 6,1 50 9,2 7,1 12,3 1,2 0,006 3 н.о. 10,1 0,63 н.о.
Зверево 0,1 5,3 36 6,1 5,3 9,9 1,2 0,024 2 н.о. 7,1 1,12 0,21
Каменск 0,1 5,2 58 12,2 7,1 15,6 0,42 0,122 2 н.о. 12,7 1,34 0,13
Красный Сулин 0,35 6,6 72 24,4 8,9 19,8 3,09 0,03 3 2,4 13,3 1,19 2,13
Лихая 0,65 6,5 88 36,6 3,5 23,9 3,09 н.о. 6 4,3 11,3 0,82 1,06
Новошахтинск 0,3 6,3 68 15,3 8,9 23,9 3,09 0,18 2 2,4 16,1 0,45 0,36
Шахты 0,7 6,4 80 36,6 12,4 18,9 2,24 н.о. 8 3,6 12,2 1,49 1,06
Шолоховская 0,35 7,05 90 36,6 10,6 17,3 6,49 0,006 4 1,8 21,4 1,49 н.о.
Усть- Быстрянская 0,3 7 76 18,3 5,3 27,2 6,49 0,006 4 1,2 17,5 1,04 н.о.
Вешенская 1,2 7,1 23,2 4,3 2,1 6,6 0,1 0 7,6 2,1 3,0 0,1 0,1
Летом в шахтерских городах загрязнению атмосферного воздуха способствует развеивание отвалов горных пород (терриконов), мелкодисперсная пыль которых обогащена токсичными микроэлементами.
По величине удельного валового выброса на 1 км2 «первенство» принадлежит г. Гуково и Шахты (табл. 5). Но если рассчитать техногенную нагрузку на 1 жителя, то по этому показателю самый высокий показатель техногенного пресса окажется в г. Красный Сулин - 347 кг/чел. в год. В других шахтерских городах этот показатель значительно ниже: от 198 кг/чел. в г. Гуково до 109,6 кг/чел. в Новошахтинске.
Загрязнение поверхностных и подземных вод
Население Восточного Донбасса испытывает острый дефицит в доброкачественной питьевой воде (от 30 до 70 тыс. м3/сут) в связи с сильной изношенностью существующих сетей и сооружений, устаревшими технологиями обработки воды, а также нерациональным использованием питьевой воды в летнее время на полив приусадебных участков (г. Донецк, Шахты).
Таблица 5
Техногенная атмохимическая нагрузка в городах Восточного Донбасса
Город Площадь, км2 Население, чел. Валовой выброс, т/год Удельный выброс, т/км2 Удельный выброс, кг/чел. Выбросы автотранспорта, т/год Выбросы стационарных источников, т/год
Белая Калитва 86,4 90500,0 16032,0 185,6 177,1 14879,0 1153,0
Г уково 36,2 73600,0 14571,0 402,5 198,0 10931,0 3640,0
Донецк 110,3 52900,0 7987,0 72,4 151,0 6552,0 1435,0
Каменск- Шахтинский 157,0 95200,0 17756,0 113,1 186,5 16080,0 1676,0
Красный Сулин 94,0 46400,0 16126,0 171,6 347,5 8376,0 7750,0
Новошахтинск 147,1 117600,0 12891,0 87,6 109,6 10792,0 2099,0
Шахты 158,3 248700,0 39307,0 248,3 158,0 34054,0 5253,0
Для г. Красный Сулин Соколовское водохранилище - это единственный источник водоснабжения. По минерализации, сульфатам, жесткости, БПК, концентрации нефтепродуктов и железа в воде водохранилища санитарно-гигиенические нормативы превышены в 1,5-2,3 раза, по ХПК- в 2-5 раз. По микробиологическим показателям, по данным госсанэпиднадзора в г. Ново-шахтинске, качество воды водохранилища на сегодняшний день отвечает гигиеническим нормативам. Но неудовлетворительное санитарно-техническое состояние систем транспортировки питьевой воды, частые аварии и перебои в подаче питьевой воды приводят к вторичному ее загрязнению.
По данным комитета по охране окружающей среды и природных ресурсов администрации Ростовской области, в 2002 г. в поверхностных водах Восточного Донбасса превышения предельно допустимых концентраций отмечались по минерализации (0,5-2,0 ПДК), нефтепродуктам (1,2-3,0 ПДК), жесткости (1,2-2,0 ПДК), сульфатам (1,2-1,6 ПДК), железу (1,2-3,5 ПДК), БПК5 (1,2-2,0 раза), ХПК (1,5—4,0 раза).
Качество вод на участке р. Сев. Донец от г. Каменск-Шахтинский до устья и на устьевых участках р. Б. Каменка, Калитва, Кундрючья по гидробиологическим показателям оценивается III классом чистоты вод (умеренное загрязнение). Эго означает, что реки Восточного Донбасса пока не потеряли способности к самоочищению.
По показателям удельного сброса на единицу длины реки на первом месте стоит р. Кадамовка - более 1000 т загрязняющих веществ в год. Вслед за ней по этому показателю расположились р. Несветай, Атюхта, Лихая, Кундрючья. По удельному сбросу на единицу площади водосбора первенствуют р. Большой и Малый Несветай и та же Кадамовка.
Прокладка трассы нефтепровода Суходольная - Родионовская вблизи места впадения р. Кундрючьей в Соколовское водохранилище создает дополнительную экологическую напряженность в этом районе.
Способность к самоочищению не потеряли и другие реки Восточного Донбасса. После сброса вод шахты Глубокая вода в р. Кадамовке из категории загрязненных переходит в категорию грязных вод с минерализацией около 5 г/дм3. Но уже через 7-8 км ниже по течению вода в реке снова характеризуется как загрязненная, минерализация уменьшается почти вдвое.
В р. Грушевке эти трансформации еще заметнее. На территории г. Шахты от пос. им. Артема до впадения р. Атюхты (загрязненная вода) вода в Грушевке оценивается как грязная. Ниже по течению на отрезке после впадения р. Атюхты до слияния с Аютой (загрязненная вода) в р. Грушевке вода очищается до категории «загрязненная» (3 класс по комбинаторному индексу загрязнения воды). А еще ниже, после впадения Аюты, вода в р. Грушевке характеризуется как слабозагрязненная.
Наиболее рациональный подход к решению водохозяйственных проблем малых рек - это разработка и реализация бассейновых программ. При разработке таких программ (планов мероприятий) должен быть обеспечен учет всех факторов, влияющих на экологическую ситуацию на водосборе - природных и техногенных. По-видимому, в первую очередь эти работы должны быть выполнены для бассейнов рек Кундрючьей, Лихой и Быстрой, чьи воды интенсивно используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения шахтерских городов и поселков.
Загрязнению подземных вод на территории Восточного Донбасса из-за сложности организации специализированной наблюдательной сети до сих пор уделялось мало внимания, поэтому достоверных материалов для создания карты загрязнения подземных вод сегодня явно недостаточно. Отмеченные случаи загрязнения шахтными водами первых от поверхности водоносных горизонтов, используемых населением для хозяйственно-питьевого водоснабжения (х. Волченский, Малая Каменка и др.), свидетельствуют об актуальности гидрогеологических и гидрогеохимических наблюдений в районах размещения ликвидируемых шахт.
До сих пор на территории Восточного Донбасса не проводились работы по оценке трансформации растительного покрова и животного мира под влиянием техногенных факторов, связанных с ликвидацией угольных шахт. Априори можно прогнозировать техногенные сукцессии растительных сообществ на участках подтопления шахтными водами. На подтопленных участках изменятся условия существования многих видов животных, но дать достоверный прогноз будущим изменениям животного населения в новых биотопах без проведения хотя бы рекогносцировочных наблюдений невозможно. Поэтому
на участках возможного затопления и подтопления следует провести комплекс биоценотических исследований.
Хранилища углепромышленных отходов
За весь период угледобычи (с 1861 г.), когда была здесь открыта шахта Александровская, впоследствии - им. Фрунзе, на территории Восточного Донбасса пройдено более 220 стволов шахт и глубоких шурфов, здесь действовало до 25 обогатительных фабрик. В период расцвета угольной промышленности Восточный Донбасс поставлял до трети общегосударственной добычи коксующихся углей и около четверти - энергетических. За это время здесь сформировано более 450 породных отвалов и свыше 150 илонакопителей шахт и обогатительных фабрик. Общий объем складированной в них горной массы по состоянию на 01.01.2001 г. оценивается в 0,27 млрд кубометров. Под отвалами, по данным областного Комитета по земельным ресурсам и землепользованию, занято более 1,5 тыс. га земель, а общая площадь нарушенных земель в связи с угледобычей и углеобогащением достигает 7 тыс. га.
Отходы шахт и обогатительных фабрик Восточного Донбасса представлены сухими (коническими, хребтовыми и плоскими) отвалами и гидроотвалами (шламо- и илонакопители, пруды-отстойники).
Сведения об их расположении и состоянии разноречивы. Не адекватны также оценки размеров и объемов отвалов, их состояния. Все это создает путаницу в учетных документах и чрезвычайно затрудняет инвентаризацию хранилищ углеотходов. Еще хуже ситуация с прудами-отстойниками, шламо-и илонакопителями шахт.
По сложившемуся стереотипу мышления, до последнего времени как сухие, так и гидроотвалы шахт и обогатительных фабрик при оценках экологической обстановки в угледобывающих районах, а также в процессе проведения экологического мониторинга как источник загрязнения окружающей природной среды (кроме загрязнения приземных слоев атмосферы) практически не рассматривались. В то же время они представляют собой серьезную экологическую опасность, негативно воздействуя практически на все депонирующие среды - атмосферу, почвы, поверхностные и подземные воды, биоту и опосредованно - на население. Эти воздействия обусловлены следующими факторами.
Вещественный состав сухих отвалов, особенно длительного хранения, формируется под воздействием ряда экзогенных процессов, главнейшими из которых являются выветривание и термическая переработка. В скоплениях отвальных пород, в связи с особенностями структуры и строения отвалов, процессы физического и химического выветривания проявляются очень интенсивно. Достаточно напомнить, что удельная поверхность пород отвалов, шламо- и илонакопителей увеличивается по сравнению с природной соответ-
ственно в 3-10 и 10-100 раз, а коэффициент фильтрации - в 102-103 и 104-105 раз, что создает самые благоприятные условия для разложения отвальных пород и слагающих их минералов. В зоне резких суточных колебаний температуры происходит интенсивная диспергация пород под воздействием образующихся здесь же органических кислот и сернокислых растворов. Интенсивное выветривание пород стимулируют и криогенные процессы. В осенне-зимний период в отвалах накапливается влага в различных формах. Таяние льда, образовавшегося в отвалах, способствует их обводненности и, следовательно, повышению ионного и твердого стока, уменьшению механической устойчивости склонов и плакора отвалов, ускорению склоновых гравитационных процессов. Эти факторы инициируют разложение минералов, в первую очередь сульфидов, образование легкорастворимых соединений тяжелых металлов (свинца, хрома, ванадия, меди, цинка и др.) и их вынос.
Термическое воздействие связано с пожарами на отвальных хозяйствах. В настоящее время около 65 % породных отвалов Восточного Донбасса либо перегорело, либо находится в различных стадиях горения. Не останавливаясь на причинах самовозгорания угольных породных отвалов и не рассматривая происходящие при этом физико-химические процессы, отметим главное в изучаемой проблеме. Температуры в очагах пожаров составляют 1300-1350 °С. Во внутренних зонах отвалов перенос вещества осуществляется парогазовыми струями и нагретыми растворами. В результате этого, а также пере-плавления происходит изменение первичного состава пород вплоть до его полной конверсии и образования пород, по петрохимическим особенностям идентичных анатектитам, бухитам, вулканическому стеклу и даже базальтам. В период горения на поверхности отвалов проявляется интенсивная фума-рольная деятельность - выходы горячих газов с образованием нашатыря, самородной серы, легкорастворимых сернистых соединений. Один горящий отвал ежегодно выделяет в атмосферу в среднем 4 тыс. т оксида углерода, 0,5 тыс. т диоксида серы, 160 тыс. т сероводорода и 40 т оксидов азота. Таким образом, по масштабам переноса вещества и энергии и обусловленных этим степенью и характером воздействия на ОПС происходящие в сухих отвалах процессы соизмеримы с геологическими процессами - седиментацией, релье-фообразованием, пневматолито-гидротермальной деятельностью и вулканизмом.
По опубликованным данным, касающимся Центрального (украинского) Донбасса, а также данным об экогеохимии элементов-примесей в углях, в прудах-отстойниках, ило- и шламонакопителях накапливаются концентрации токсичных металлов в количествах, в десятки и сотни раз превышающие ПДК. Таким образом, углепромышленные отходы, точнее их многотоннажные скопления представляют собой серьезную потенциальную экологическую опасность как крупный источник загрязнения ОПС.
Ситуация осложняется еще следующими обстоятельствами. Как правило, предприятия угольной промышленности и технологически связанные с ними хранилища углеотходов располагаются либо в самих населенных пунктах, либо в непосредственной близости от них. В этом плане особенно неблагополучна ситуация в традиционных угольных центрах Ростовской области - г. Гуково, Красный Сулин, Новошахтинск, Шахты и др., где на относительно небольшой площади сконцентрировано значительное количество шахтных отвалов и отвалов обогатительных фабрик. Это обуславливает здесь очень высокий уровень техногенной нагрузки, рассчитываемый как отношение количества углепромышленных отходов к площади застройки (табл. 6).
Таблица б
Плотность шахтных отвалов в породах Восточного Донбасса
Город Площадь застройки, км2 Количество отвалов Общий объем отвалов, тыс. т Уровень техногенной нагрузки, тыс. т/км2
Гуково 35,2 21 25256 717,5
Красный Сулин 21,0 9 1276 60,8
Новошахтинск с Соколово-Кундрюченским 94,0 42 74734 795,0
Шахты 52,0 42 72076 1386,1
Шламонакопители и отстойники зачастую располагаются за пределами санитарно-защитной зоны, нередко среди пашен и огородов (пример - бывшее шахтоуправление Горняцкое), либо даже в черте городов (г. Шахты, Новошахтинск и др).
В результате инвентаризации хранилищ углеотходов, проведенной в 2003 г., установлено, что из 455 сухих отвалов шахт и обогатительных фабрик сведения о содержаниях тяжелых металлов в слагающих их породах имеются только по 130 из них, минеральная составляющая и воды в прудах-отстойниках и шламохранилищах не опробовались, в связи с чем сведений о содержаниях в них потенциально токсичных химических элементов не имеется. Помимо того, согласно отчетным данным угледобывающих предприятий, вокруг накопителей отсутствует наблюдательная гидрогеологическая сеть, оценка воздействия их на ОПС проектами не предусмотрена и не проводится. Анализ проб воды в накопителях выполнен только на содержание М^, щелочей, сульфатов, нитратов и нефтепродуктов по нескольким обогатительным фабрикам. Содержание тяжелых металлов и токсичных веществ в водах, а тем более в твердой фазе накопителей не изучалось. В связи с этим сейчас не представляется возможным определить класс опасности отходов, хранящихся в прудах-отстойниках и шламовых накопителях. В то же время, по аналогии с другими бассейнами России и учитывая геохимическую специали-
46
зацию углей Восточного Донбасса, в шламонакопителях и отстойниках Ростовской области следует ожидать наличие концентраций РЬ, Ав, Н^, V, Zn. Сг, на несколько порядков превышающих ПДК, а сами отходы можно предварительно отнести ко II классу опасности для ОПС.
В соответствии с критериями, утвержденными приказом МПР России от 15.06.2001г., рассчитан класс опасности для ОПС по 130 породным отвалам шахт, для которых имеется соответствующая информация. Согласно расчетам, подавляющее большинство сухих отвалов относится к III классу опасности - умеренно опасные (степень воздействия на ОПС средняя; экологическая система нарушена, период её восстановления не менее 10 лет после снижения вредного воздействия). Основными токсичными элементами, концентрации которых находятся в породах в значительно повышенных количествах, являются хром, марганец, свинец, цинк, никель и ванадий. По имеющимся данным, ко II классу опасности - высокоопасные (степень вредного воздействия на ОПС высокая; экосистема сильно нарушена, период её восстановления не менее 30 лет) относятся породные отвалы бывш. шахт № 13 и им. Фрунзе (г. Шахты, ОАО «Ростову го ль»).
Радиологическая оценка углепромышленных отходов в Ростовской области начала производится только в последние годы. Сведения об этом крайне скудны. Достоверные данные имеются только по отдельным породным отвалам и золошлакоотвалам Новочеркасской ГРЭС. Согласно результатам гамма-спектрального анализа, удельная естественная активность углепромышленных отходов составляет: 11а-226- 38,7-59,2 Бк/кг; ТЪ-232- 19,3-53,1; К-40 - 85,9-697,0; среднее значение Аэфф колеблется от 113,7 до 155,2 Бк/кг, что более чем вдвое ниже самых жестких требований (Аэфф не более 370 Бк/кг). Однако следует отметить, что приведенные данные касаются только некоторых опробованных отвалов и ни в коей мере не могут быть распространены на все хранилища углепромышленных отходов Ростовской области.
Выводы о степени опасности хранилищ углеотходов для ОПС подтверждаются экспериментально. Так, вокруг отвалов бывш. шахты № 17 шахтоуправления Краснодонецкое, отнесенных к III классу опасности, авторами установлены ореолы интенсивного загрязнения почв, в том числе и пахотных земель рядом тяжелых металлов - марганцем, ванадием, хромом, никелем, свинцом, цинком в радиусе до 5 км. Концентрации металлов в верхнем горизонте почвенного слоя достигают:
Мп - до 12,5 ПДК (до 10000 г/т);
Сг - до 20 ПДК (до 2000 г/т);
V - до 16 ПДК (до 400 г/т);
N1, 2п. РЬ - до 8 ПДК (до 400 г/т).
Наиболее интенсивно загрязненные участки приурочены к пониженным формам рельефа. Таким образом, согласно ГОСТ 17.4.03.06. - 86/СТ СЭВ 5301-85, на этой площади почвы относятся к сильно загрязненным.
До последнего времени при ведении мониторинга закрывающихся шахт Восточного Донбасса ЦЭСМ ВД площади земель, нарушенных в связи со складированием углеотходов, определялись по площади оснований отвалов, при этом земли, занятые гидроотвалами не учитывались. Однако нарушен-ность земель и её степень, согласно действующим нормативным документам, в каждом конкретном случае определяется экспериментально по следующим показателям: pH и состав почвенных растворов, содержание питательных веществ, структура, биопродуктивность, коэффициент концентрации загрязнения почвы. В связи с отсутствием специальных исследований и, соответственно, необходимых аналитических данных, достоверных выводов о размерах площадей нарушенных земель в настоящее время сделать не представляется возможным. Выводы могут быть сделаны только сугубо ориентировочно либо по размерам горного отвода, либо по размерам санитарных зон для каждого сухого отвала. Площадь таких зон в среднем в 10 раз (ориентировочно) больше площади земель, занимаемых отвалами. Для шламонакопителей и отстойников санитарные защитные зоны проектами не предусматривались, и судить о площадях нарушенных вокруг них земель сейчас невозможно.
Одним из главных мероприятий по снижению отрицательного воздействия угольной отрасли на окружающую среду является утилизация углепромышленных отходов для нужд хозяйства, обеспечивающая получение существенного экономического эффекта. Согласно результатам многочисленных исследований и технологических испытаний, проведенных различными организациями, углепромышленные отходы следует рассматривать как комплексное техногенное минеральное сырье многоцелевого использования.
Таким образом, для целей экологической реабилитации территории Восточного Донбасса целесообразно и необходимо последовательное проведение следующих работ по оценке экологической опасности углеотходов и разработке и практической реализации мероприятий по снижению экологической нагрузки на ОПС.
Необходима разработка системы управления углеотходами. Практическая реализация такой системы позволит в наиболее короткое время и с наименьшими затратами в значительной степени улучшить экологическую обстановку в угледобывающих районах области. Кроме того, это придаст новый импульс развитию в Ростовской области малого и среднего бизнеса и позволит создать значительное количество новых рабочих мест для шахтеров, высвобождающихся в процессе ликвидации угольных шахт в Восточном Донбассе, и снизить социальную напряженность в регионе.
Таким образом, экологическая ситуация, сложившаяся в Восточном Донбассе на заключительном этапе реструктуризации угольной промышленности, остается сложной, но по многим параметрам не достигает катастрофического уровня. Задача экологической реабилитации территории Восточного Донбасса является многоплановой, но вполне выполнимой. Основные пути улучшения экологической обстановки намечены в программе «Экологической реабилитации Восточного Донбасса», которая разрабатывается производственными и научными организациями по заданию Минпромэнерго России.
Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант 04-05-96807.
Северо-Кавказский научный центр высшей школы 16 июня 2004 г.
