CC BY
3
Оригинальная статья
УДК 622.882(470.53):622.85 © Е.В. Кирюшина1, И.В. Зеньков2,3Н, Абубакар Сидики Конде4, Ю.П. Юронен3, В.Н. Вокин1, Ж.В. Миронова1, К.А. Штреслер1, А.С. Лунев1, П.Л. Павлова1, А.А. Латынцев1, Ю.А. Маглинец1, К.В. Раевич1, Т.Н. Сизова1, 2025
1 Сибирский федеральный университет, 660041, г. Красноярск, Россия
2 Сибирский научно-исследовательский институт горного и маркшейдерского дела, 660025, г. Красноярск, Россия
3 Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, 660037, г. Красноярск, Россия
4 Компания Русский алюминий, Представительство
в Гвинейской Республике, Гвинейская Республика, Конакри, а/я 6506, Ситэ де Насьон, Вилла 27 Н e-mail: [email protected]
Original Paper
UDC 622.882(470.53):622.85 © E.V. Kiryushina1, I.V. Zenkov23H, A.S. Conde4, Yu.P. Yuronen3, V.N. Vokin1, Zh.V. Mironova1, K.A. Shtresler1, A.S. Lunev1, P.L. Pavlova1, A.A. Latyntsev1, Yu.A. Maglinets1, K.V. Raevich1, T.N. Sizova1, 2025
1 Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation 2 Siberian Research Institute of Mining and Surveying, Krasnoyarsk, 660025, Russian Federation 3 Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 4 RUSSKY ALUMINY LIMITED, Republic of Guinea, Conakry, BP 6506
H e-mail: [email protected]
исследование экологических последствий после закрытия угольных шахт в смоленской и калужской областях по данным спутниковой съемки
Studies of environmental consequences after closure of coal mines in the Smolensk and Kaluga Regions based on satellite imaging data
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2025-2-125-129
В статье приводятся результаты исследования экологического состояния нарушенных земель после окончания добычи угля подземным способом на угленасыщенныхучастках Подмосковного угольного бассейна на территории Смоленской и Калужской областей. Выявлены площади шахтных терриконов. Определены направления переноса углепородной смеси с поверхности шахтных терриконов в реки при воздействии атмосферных осадков. Предложен комплекс работ по ускорению восстановления экологического баланса на поверхности шахтных терриконов путем нанесения рыхлых горных пород четвертичного возраста.
Ключевые слова:угольные шахты, дистанционное зондирование Земли из космоса, экология горного производства, Подмосковный угольный бассейн, Смоленская область, Калужская область, угольные шахты, шахтные терриконы, экологические проблемы.
Для цитирования: Исследование экологических последствий после закрытия угольных шахт в Смоленской и Калужской областях по данным спутниковой съемки / Е.В. Кирюшина, И.В. Зеньков, А.С. Конде и др. // Уголь. 2025;(2):125-129. 001: 10.18796/0041 -57902025-2-125-129.
КИРЮШИНА Е.В.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
ЗЕНЬКОВ И.В.
Доктор техн. наук,
заместитель директора по научной работе Сибирского научно-исследовательского института горного и маркшейдерского дела, профессор Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева 660037, г. Красноярск, Россия, e-mail: [email protected]
КОНДЕ АБУБАКАР СИДИКИ
Горный инженер компании Русский алюминий, Представительство в Гвинейской Республике, Гвинейская Республика, Конакри, а/я 6506, Ситэ де Насьон, Вилла 27
ЮРОНЕН Ю.П.
Канд. техн. наук, доцент Сибирского государственного университета науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, 660037, г. Красноярск, Россия
ВОКИН В.Н.
Канд. техн. наук, профессор Сибирского федерального университета, 660041, г. Красноярск, Россия
МИРОНОВА Ж.В.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
ШТРЕСЛЕР К.А.
Старший преподаватель Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, Россия
ЛУНЕВ А.С.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
ПАВЛОВА П.Л.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
ЛАТЫНЦЕВ А.А.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
МАГЛИНЕЦ Ю.А.
Канд. техн. наук, профессор Сибирского федерального университета, 660041, г. Красноярск, Россия
РАЕВИЧ К.В.
Канд. техн. наук, доцент
Сибирского федерального университета,
660041, г. Красноярск, Россия
СИЗОВА Т.Н.
Старший преподаватель Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, Россия
Abstract
The article presents the results of studying the environmental state of lands disturbed upon completion of underground coal mining of the coal-bearing areas of the Moscow region coal basin in the territory of the Smolensk and Kaluga Regions. The areas of mine spoil piles have been iden tified. The directions are defined of the coal and rock mixture transfer from the surface of the mine spoil piles to the rivers under the action of atmospheric precipitation. Complex activities are proposed to accelerate the recovery of the environmental balance on the surface of the mine spoil piles by applying loose Quaternary rocks with the thickness of at least one meter and subsequent planting of trees and shrubs as well as sowing of leguminous and cereal grasses. Keywords
Coal mines, Remote sensing of the Earth from space, Ecology of mining production, Moscow Region coal basin, Smolensk Region, Kaluga Region, Coal mines, Mine spoil piles, Environmental challenges. For citation
Kiryushina E.V., Zenkov I.V., Conde A.S., Yuronen Yu.P., Vokin V.N., Mironova Zh.V., Shtresler K.A., Lunev A.S., Pavlova P.L., Latyntsev A.A., Maglinets Yu.A., Raevich K.V., Sizova T.N. Studies of environmental consequences after closure of coal mines in the Smolensk and Kaluga Regions based on satellite imaging data. Ugol'. 2025;(2):125-129. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2025-2-125-129.
ВВЕДЕНИЕ
Запасы ископаемого топлива в недрах Подмосковного буроуголь-ного бассейна отрабатывались в XX в. преимущественно подземным способом в шести регионах, граничащих с Московской областью. В западном и юго-западном секторах бассейна уголь добывали подземным способом в Смоленской области в течение 45 лет с 1952 г., и с конца 1950-х гг. по 2009 г. - в Калужской области. В этих регионах добыча угля, так же, как и в северо-западном секторе бассейна, не была масштабной, поскольку производилась в сильнообводненных углев-мещающих породах из угольных пластов с низкими качественными характеристиками. Промышленная добыча угля как подземным, так и открытым способом в любом формате всегда отрицательно сказывается на экологической обстановке в местах работы угледобывающих предприятий. В условиях, когда на этапе ликвидации угольных шахт природоохранные работы не выполнены, техногенное влияние на природную экосистему будет продолжаться длительное время. Необходимо отметить, что к настоящему времени не имеется объективного представления о существующих экологических проблемах в Смоленской и Калужской областях на местности с шахтными терриконами, отсыпанными в ходе добычи угля подземным способом. Закрыть этот пробел позволило проведенное исследование экологической направленности с использованием информации на спутниковых снимках в свободном доступе. Обзор исследований в области восстановительной экологии в мировой угледобывающей промышленности показал, что исследованиями нарушенных земель и разработкой мероприятий по улучшению экологического баланса в районах с работающими и закрытыми предприятиями, в том числе с использованием ресурсов дистанционного зондирования, занимаются специалисты на всех континентах с представлением результатов в краткой тематической подборке [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11].
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование последствий работы шахт по добыче бурого угля из месторождений Подмосковного угольного бассейна в его западном и юго-западном секторах на территории Смоленской и Калужской об-
ластей проведено на площади 460 тыс. га. В исследовании выделены следующие виды техногенных ландшафтных объектов, связанных с природо- и землепользованием: промышленные площадки закрытых шахт и шахтные терриконы, сложенные углепородной техногенной смесью. На территории Смоленской области промышленные площадки закрытых угольных шахт и шахтные терриконы находятся в центральной части региона севернее г. Сафоно-во на расстоянии 1,8-7,4 км от его центра [12]. На территории Калужской области аналогичные техногенные объекты рассредоточены в границах региона и находятся вблизи трех населенных пунктов: в 1,8 км южнее пос. Середей-ского, в 800 м западнее пос. Куровского (с 2012 г. входит в состав г. Калуги), в 1,3-2,4 км восточнее г. Сосенского [12]. Всего по данным космического мониторинга на исследуемых территориях двух регионов в настоящее время находятся 23 ландшафтных объекта техногенного происхождения после закрытия угольных шахт (см. таблицу) [12].
Изучаемая территория определяется следующими природно-географическими характеристиками. Рельеф земной поверхности исследуемого сектора угольного бассейна на территории Смоленской и Калужской областей в целом волнистый, с холмистыми участками и сравнительно глубоко врезанными речными долинами. В обоих регионах в условиях умеренно-континентального климата с избыточным переувлажнением развита обширная речная сеть. Среднегодовое количество осадков на исследуемых территориях составляет 650-750 мм. При этом уровень показателя испаряемости (370-420 мм) существенно ниже количества атмосферных осадков. По данным космического мониторинга, добыча угля в шахтах производилась на возвышенных участках, покрытых хорошо развитыми хвойными или смешанными лесами. Это обстоятельство говорит о том, что при выпадении атмосферных осадков углепородная смесь из шахтных терриконов будет переноситься водными потоками по рельефу с попаданием в открытые водные объекты - родники, ручьи, реки [12].
В ходе эколого-математического моделирования процессов смыва углепородной смеси с поверхности терриконов и площадок с отходами угледобычи установлено, что при перемещении горных пород из терриконов на природный ландшафт под воздействием атмосферных осадков сокращается площадь наземной растительной экосистемы, а также происходит попадание большого объема минералов, в том числе сульфидсодержащих, в реки и ручьи, протекающие по дну складок рельефа. Модель была построена на участке природного ландшафта площадью 100 га, расположенного на северо-запад от г. Сафоново в 7,2 км. В границах этого участка находится шахтный террикон (контур обведен линией желтого цвета), отсыпанный в ходе работы угольной шахты площадью 3,3 га без проведения на его поверхности горно-планировочных работ и работ по рекультивации (рис. 1).
Форма и ориентация склонов рельефа, на котором расположен террикон позволяют определить направления водных потоков, формирующихся из атмосферных осадков. Направления движения водных потоков с углепород-ной смесью по земной поверхности показаны на рис. 1 стрелками. По данным спутниковой съемки, перепад вы-
Краткая характеристика техногенных ландшафтных объектов по итогам закрытия угольных шахт на территории Смоленской и Калужской областей
A brief description of the man-made terrain objects based on the results of coal mine closure in the Smolensk and Kaluga Regions
Наименование техногенного ландшафтного объекта Количество объектов, ед. Суммарная площадь, га
Смоленская область
Промышленные площадки закрытых шахт 6 33,7
Шахтные терриконы 8 30,9
Калужская область
Промышленные площадки закрытых шахт 4 29,9
Шахтные терриконы 5 15,5
Итого 23 110
Рис. 1. Фрагмент космоснимка территории Смоленской области с шахтным терриконом на территории смешанного леса: а - схема движения водных потоков и перемещения углепородной смеси по рельефу; б - вертикальный профиль рельефа по линии АВ Fig. 1. A fragment of a satellite image of the Smolensk Region with a mine spoil pile in the territory of a mixed forest: а - a schematic view of the water flows and transfer of the coal-and-rock mixture across the terrain; б - a vertical profile of the terrain along the AB line
сот между точками С и D, находящимися на расстоянии 550 м, составляет 16 м. Аналогичный показатель между точками D и Е, находящимися на расстоянии 250 м, равен 9 м. К настоящему времени площадь природного ландшафта под влиянием природного фактора, обозначенного выше, сократилась на 20,2 га. Граница участка природного ландшафта, находящегося под прямым влиянием террикона при смывании с его поверхности углепородной смеси, обведена на рис. 1, а линией белого цвета.
По данным космического мониторинга установлено, что в ходе переноса углепородной смеси из шахтных терриконов, отсыпанных на площади 30,9 га в Смоленской об-
ласти, при их многолетнем размыве под воздействием атмосферных осадков произошло сокращение участков природного ландшафта общей площадью 59,8 га.
В Калужской области все исследуемые шахтные терриконы и промышленные площадки закрытых угольных шахт находятся на возвышенности с отметками 180-235 м. Шахтный террикон площадью 4,6 га (обведен линией желтого цвета), отсыпанный западнее пос. Куровского, показан на рис. 2, а. С поверхности террикона систематически смывается углепородная смесь под воздействием атмосферных осадков. Существующий перепад высот в 62 м между участком, на котором отсыпан террикон, и руслом р. Угры предопределяет направление движения водных потоков, в составе которых находится углепородная смесь.
Расстояние, проходимое водными потоками от шахтного террикона до берега р. Угры, составляет 3,7 км (см. рис. 2, а). Направления движения поверхностных водных потоков с углепородной смесью по рельефу показаны стрелками оранжевого цвета на рис.2, б. По данным космического мониторинга установлено, что в ходе переноса углепородной смеси из шахтных терриконов, отсыпанных на площади 15,5 га в Калужской области, при их многолетнем размыве под воздействием атмосферных осадков произошло сокращение участков природного ландшафта общей площадью 35,7 га.
К настоящему времени, по данным спутниковой съемки, в Смоленской и Калужской областях площадь нарушенных земель в результате добычи угля подземным способом составила 110 га, а с учетом участков, на которых уничтожена растительная экосистема в ходе переноса углепородной смеси из терриконов, этот показатель увеличивается до 190 га. Детальный анализ информации на
Рис. 2. Фрагмент космоснимка территории Калужской области с шахтным терриконом на территории смешанного леса: а - схема движения водных потоков и перемещения углепородной смеси по рельефу; б - вертикальный профиль рельефа по линии АВ Fig. 2. A fragment of a satellite image of the Kaluga Region with a mine spoil pile in the territory of a mixed forest: а - a schematic view of the water flows and transfer of the coal-and-rock mixture across the terrain; б - a vertical profile of the terrain along the AB line
спутниковых снимках позволил установить отсутствие работ по рекультивации шахтных терриконов и промышленных площадок закрытых угольных шахт, что полностью вступает в противоречие с резолюциями ООН в области улучшения климата на Земле [13, 14, 15]. Всесторонний анализ географического расположения ландшафтных техногенных объектов, образованных в ходе добычи угля подземным способом на территории регионов, высветил наличие экологических проблем шахтных терриконов и примыкающих к ним природных ландшафтов. Поскольку они являются насыпями из углепородной смеси высотой до 12 м и объемом несколько десятков тысяч кубических метров, возвышающимися над волнистым рельефом регионов, то при любом направлении ветра с поверхности терриконов будут производиться вынос от мелкодисперсной до крупнодисперсной пыли и вертикальное и горизонтальное ее перемещение на расстояние в зависимости от крупности частиц и силы ветра. Этот фактор отрицательно сказывается на качестве воздуха в населенных пунктах, вблизи которых находятся терриконы. При перемещении углепородной смеси из террикона на природный ландшафт под воздействием атмосферных осадков сокращается площадь наземной растительной экосистемы, а также происходит перемещение углепородной смеси в реки и водоемы. Для снижения отрицательного воздействия на природную среду, включая среду обитания человека, необходим источник финансирования специальных работ по изменению архитектуры терриконов и их рекультивации.
Снизить в значительной степени влияние терриконов на окружающую природную среду позволит практическая реализация горно-планировочных работ по изменению архитектуры шахтных терриконов с выделением по вертикали ярусов высотой 5-6 м и оформлением между ними межъярусных площадок шириной до 8 м с поперечным уклоном в диапазоне 5-7о в сторону террикона. На наклонных и горизонтальной поверхностях терриконов необходимо выполнить следующие работы по горнотехнической и биологической рекультивации: нанесение слоя горных пород четвертичного возраста мощностью не менее одного метра; внесение в поверхностный слой комплексных минеральных удобрений NPK (азот, фосфор, калий) с повышенными нормами; проведение работ по высадке саженцев кустарников и деревьев, а в междурядьях - провести посев многолетних злаковых и бобовых трав.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате исследований территорий Смоленской и Калужской областей получены новые знания о нарушенных землях в ходе добычи угля подземным способом во второй половине двадцатого века. Состав горных пород из карбонатов и угля, слагающих шахтные терриконы, без нанесения на них продуктивных слоев горных пород в значительной степени не способствует формированию растительного покрова. Важнейшим направлением ликвидации экологического ущерба в районах работы угольных шахт, на наш взгляд, являются разработка и практическая реализация комплекса горно-планировочных работ по формированию архитектуры шахтных терриконов, устойчи-
вой к воздействию атмосферных осадков, и по горнотехнической рекультивации с нанесением на поверхность терриконов слоя горных пород четвертичного возраста мощностью не менее одного метра. Основу биологического этапа рекультивации терриконов должны составить работы по высадке древесно-кустарниковой растительности и посеву многолетних трав.
Список литературы • References
1. Исследование горных работ и процессов восстановительной экологии на месторождениях угля во Вьетнаме по данным дистанционного зондирования / И.В. Зеньков, Чинь Ле Хунг, Ю.А. Анищенко и др. // Уголь. 2022. № 7. С. 21-24. DOI: 10.18796/0041-5790- 2022-7-21-24.
Zenkov I.V., Trinh Le Hung, AnischenkoYu.A., Loginova E.V., Mag-linets Yu.A., Raevich K.V., Latyntsev A.A., Veretenova T.A., Kondrash-ov P.M., Pavlova P.L., Konov V.N. A study of mining operations and environmental rehabilitation processes in Vietnamese coal fields based on remote sensing data. Ugol'. 2022;(7):21-24. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2022-7-21-24.
2. Дистанционное зондирование в исследовании результатов лесовосстановительной экологии на породных отвалах угольных разрезов Красноярского края / И.В. Зеньков, Чинь Ле Хунг, Ю.А. Анищенко и др. // Уголь. 2021. № 6. С. 54-57. DOI: 10.18796/0041-5790- 2021-6-54-57.
Zenkov I.V., Trinh Le Hung, Anishenko Yu.A., Kazanskaya N.N., Vokin V.N., Kiryushina E.V., Latyntsev A.A., Veretenova T.A. Remote sensing in studying the reforestation results at rock dumps of coal mines in the Krasnoyarsk Territory. Ugol'. 2021;(6):54-57. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2021-6-54-57.
3. Wang Y., Zhao S., Zuo H. et al. Tracking the Vegetation Change Trajectory over Large-Surface Coal Mines in the Jungar Coalfield Using Landsat Time-Series Data. Remote Sens. 2023;(15):5667. DOI: 10.3390/rs15245667.
4. Gossen I., Gurkova E., Sokolov D. Assesment of Effectiveness of Reclamation Activities on Coal Dumps in Kuzbass. Ecology and Industry of Russia. 2023;(3):33-39. DOI: 10.18412/1816-0395-2023-3-33-39.
5. Mitrakova N.V., Khayrulina E.A., Blinov S.M., Perevoshchikova A.A. Efficiency of acid sulphate soils reclamation in coal mining areas. Journal of Mining Institute. 2023;(260):266-278. DOI: 10.31897/PMI.2023.31.
6. Адаптивный аспект реализации технологии щелевания при рекультивации автомобильных отвалов в Республике Хакасия / Е.А. Моршнев, О.С. Сафронова, Н.А. Остапова и др. // Уголь. 2023. № 4. С. 65-68. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-4-65-68. Morshnev E.A., Safronova O.S., Ostapova N.A., Evseeva I.N., Pil-chuk E.V. Adaptive aspect of the implementation of the slotting technology in the reclamation of vehicle dumps in the Republic of Khakassia. Ugol. 2023;(4):65-68. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041 -57902023-4-65-68.
7. Xiaobo Zhu, Wenhui Gong, Wang Li et al. Fixating lead in coal gangue with phosphate using phosphate-dissolving bacteria: Phosphorus dissolving characteristics of bacteria and adsorption mechanism of extracellular polymer. Journal of Hazardous Materials. 2023;(458):131923. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2023.131923.
8. Jingjing Yu, Xiaoyang Liu, Bin Yang et al. Major influencing factors identification and probabilistic health risk assessment of soil potentially toxic elements pollution in coal and metal mines across China: A systematic review. Ecotoxicology and Environmental Safety. 2024;(274):116231 DOI: 10.1016/j.ecoenv.2024.116231.
9. Yajie Wang, Jiefeng Li, Yongfen Wei et al. Linear models for describing relations between sensitive bacterial taxa and ecological risk from heavy metals in soils of coal mines in semi-arid region. Applied Soil Ecology. 2024: 105122. DOI: 10.1016/j.apsoil.2023.105122.
10. Yi-wang Wang, Dong-sheng Bai, Xue-gang Luo et al. Effects of Setaria viridis on heavy metal enrichment tolerance and bacterial community establishment in high-sulfur coal gangue. Chemosphere. 2024;(351):141265. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2024.141265.
11. Tran X.B., Trinh L.H., Nguyen Q.L. et al. Detection of violations of open-pit mining lease boundaries using Sentinel-2 MSI data in the case of Lao Cai and Yen Bai provinces of North Vietnam. Mining Science and Technology. 2023;8(2):173-182. DOI: 10.17073/2500-0632-202212-68.
12. https://www.google.com.earth.
13. https://www.un.org/ru/climatechange/climate-ambition-summit.
14. https://www.unep.org/news-and-stories/press-release/un-environ-ment-assembly-advances-collaborative-action-triple.
15. https://digitallibrary.un.org/record/3794317?ln=en&v=pdf.
Authors Information
Kiryushina E.V. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Zenkov I.V. - Doctor of Engineering Sciences, Deputy Director for Scientific Work, Siberian Research Institute of Mining and Surveying, Professor, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation, e-mail: [email protected]
Conde A.S. - Mining engineer, RUSSKY ALUMINY LIMITED, Republic of Guinea, Conakry, BP 6506
Yuronen Yu.P. - PhD (Engineering), Associate Professor, Reshetnev Siberian State University of Science and Technology, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Vokin V.N. - PhD (Engineering), Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Mironova Zh.V. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Shtresler К.А. - Senior lecturer, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Lunev A.S. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Pavlova P.L. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Latyntsev A.A. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Maglinets Yu.A. - PhD (Engineering), Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Raevich K.V. - PhD (Engineering), Associate Professor, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation Sizova T.N. - Senior lecturer, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation
Информация о статье
Поступила в редакцию: 26.12.2024 Поступила после рецензирования: 17.01.2025 Принята к публикации: 27.01.2025
Paper info
Received December 26,2024 Reviewed January 17,2025 Accepted January27,2025
