Региональная оценка изменений гидрогеологических условий горнодобывающих районов вследствие закрытия шахт и карьеров

РЕГИОНАЛЬНАЯ ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ РАЙОНОВ ВСЛЕДСТВИЕ ЗАКРЫТИЯ ШАХТ И КАРЬЕРОВ

,

Институт проблем национальной безопасности при СНБОУ, Киев, Украина

Киевский национальный университет строительства и архитектуры, Киев, Украина

Добыча большинства полезных ископаемых Украины происходит в пределах горнодобывающих районов, которые сформировались в течение длительного времени и имеют свою специфику развития и влияния на окружающую среду, в том числе - режим уровней и химический состав подземных вод.

При разработке месторождений полезных ископаемых открытым (карьерным способом) главные экологические риски связаны с утратой значительных площадей плодородных земель под размещение карьеров и отходов производства. Кроме этого, может нарушаться равновестное состояное значительного объема породных массивов, которое сопровождается развитием и активизазией опасных геологических процессов (оползней, карстов и пр.) и снижением уровней подземных вод, осушением значительных территорий, что связано с ухудшением условий хозяйственно-питьевого водоснабжения и сельскохозяйственного производства.

Разработка месторождений твердых полезных ископаемых подземным способом сопровождается изъятием значительных объемов пород и подземных вод, что вызывает развитие комплекса чрезвычайных природных и техногенных ситуаций (Донбасс, Кривбасс, Карпатский регион). Главными среди них являются нарушения равновесия значительных объемов пород, понижение уровней и ухудшение качества подземных и поверхностных вод, проседание дневной поверхности над горными выработками, отчуждение земель под размещение твердых и редких отходов, загрязнение грунтов и воздуха, выбросы опасных газов.. При ведении горнодобывающих работ в зону экологического риска попадают промышленно-жилищные объекты, а также население вблизи горных отводов предприятий.

Наибольшую угрозу для населения представляет затопление горных выработок и подъем уровня подземных вод за пределами горных отводов при консервации горнодобывающих предприятий «мокрым способом», что влечет за собой также проседание дневной поверхности, усиление миграции загрязненных минерализированных вод и взрывоопасных газов, нарушение водоносных горизонтов между зонами активного и замедленного водообмена. При этом в зону активного водообмена могут попадать поверхностные участки загрязнений, которые способны активно двигаться и расширять зону экологической опасности (Донбасс, Карпатский регион). Практическим следствием этого может быть возрастание риска вывода с действия поверхностных и подземных систем питьевого водоснабжения, подтопление и разрушение жилищного и промышленного фонда, а также коммуникаций (в том числе экологически опасных – нефте-газо-продуктопроводы, химические предприятия и пр.), усложнение условий ведения сельского хозяйства на таких территориях. Неуправляемое развитие этих процессов, которые в большинстве случаев носят необратимый характер (например, в Донбассе ), может привести к экологической катастрофе, последствия которой могут иметь чрезвычайно длительный, а также трансграничный характер.

Главными факторами, которые влияют на экологическое состояние геологической среды большинства развитых горизонтов подземных вод Украины (Донбасс, Кривбасс, Прикарпатье и пр.) являются:

§  нарушение породного массива, вследствие ведения горных работ;

§  нарушение гидрогеологического режима территории.

Все другие факторы (такие как: накопление отходов горнодобывающего и перерабатывающего комплексов, развитое опасных геологических процессов, загрязнение атмосферы, грунтов, подземных и поверхностных вод и т. д.) в большинстве случаев есть производными от этих двоих.

Нарушение породного массива вследствие ведения горных работ проявляется постепенно и находится в прямой зависимости от объемов горных работ и добычи из недр минерального сырья. Наиболее масштабные горные работы связаны с добычей угля и железной руды. В общем, на протяжении ХХ столетия этих полезных ископаемых в Украине было добыто около 14 млрд. т., учитывая то, что вместе с полезными ископаемыми попутно из недр извлекаются приблизительно в равных количествах вскрышные породы, то общий объем добычи достигает приблизительно 28-30 млрд. т., что приблизительно равно объемам накопленных в Украине отходам. Следствием этого является нарушение природного равновесия недр и значительное развитие опасных геологических процессов в горнодобывающих регионах Украины.

Нарушение гидрогеологического режима территорий, в отличие от нарушения породного массива – более динамический фактор, который способен в пространственно-временном диапазоне определять в конечном итоге общую экологическую ситуацию региона. Первый опыт закрытия шахт Донбасса (Краснодонской, Донецко-Макеевской, Марьевской и др.) показал, что это мероприятие сопровождается следующими изменениями экологических параметров геологической среды:

§  геохимических, вследствие усиления подвижности химических соединений и элементов в зонах устойчивого увлажнения, подтопления и затопления техногенно загрязненных грунтов, свалок, терриконов со значительным ускорением миграции загрязнителей к поверхностным водам, подземным водозаборам, сельскохозяйственным культурам и т. п.;

§  гидрогеологических, которые обусловлены, в основном, приближением подземных вод к дневной поверхности и снижением защитной способности пород и грунтов зоны ненасыщенной фильтрации;

§  инженерно-геологических, с водонасыщением значительных объемов пород, нарушенных а процессе горных работ и последующим снижением их прочности, дополнительной просадкой дневной поверхности, нарушениями и деформациями породного массива;

§  геодинамических, с повышение6м подвижности подробленных и близлежащих участков породного массива в условиях влияния региональных и локальных сейсмических напряжений и подвижек, которые будут существенно усиливаться при затоплении горных выработок вследствие ускоренного формирования гидрогеодинамических напряжений (толчков) и их постепенного затухания в водонасыщенном породном массиве;

§  газохимических, которые начали проявляться в последние годы вследствие затопления значительного количества шахт и миграции взрывоопасного метана угольных месторождений к действующим шахтам и открытого пространства понижений рельефа, тектонических зон, в т. ч. в пределах промышленно-городских агломераций.

Данные по горно-добывающим регионам Украины свидетельствуют о том, что степень и характер влияния на подземные и поверхностные воды разработки месторождений отдельных видов полезных ископаемых определяется, главным образом, характером геологической структуры, типом минерального сырья и способом его добычи. Например, разработка, угольных месторождений, которые формируют регионально расположенные горизонты, сопровождается нарушением значительных объемов пород, большими притоками минерализованных вод и существенными изменениями режима уровней и химического состава подземных и поверхностных вод. Добыча железной руды с круто наклоненных толщ докембрийских пород, характеризуется относительным площадным влиянием на окружающую среду вследствие нарушения равновесия породного массива и режима подземных и поверхностных вод. Спецификой добычи солей является развитие карстовых процессов, вследствие образования значительных объемов пустот в горном массиве и нарушения равновесия солевмещающих пород.

Сложное технико-экономическое, гидрогеодинамическое и экологическое состояние горно-добывающих регионов Украины обуславливают необходимость закрытия около 30% нерентабельных шахт и карьеров.

Использование так называемой «мокрой» схемы консервации ( практически путем полного затопления) приведет к региональному подъему уровня подземных вод и подтоплению (затоплению) значительных территорий за пределами шахтных и карьерных полей.

Ситуация усложняется тем, что закрытые большинства шахт и карьеров приведет к подтоплению и активизации других опасных экзогенных геологических процессов в пределах территорий с высокой концентрацией населения, а также потенциально-опасных промышленных объектов.

В этих условиях многофункциональной задачей мониторинга является оценка изменения экологического состояния территории горнодобывающих регионов Украины, а именно; формирование зон активизации опасных экзогенных геологических процессов, загрязнения подземных вод, проседания дневной поверхности над горными выработками, формирование новых путей миграции взрывоопасных газов и пр.). Опорная государственная сеть не в состоянии охватить и повсеместно изучить все подобные влияния на окружающую среду.

Таким образом, учитывая ведущую роль техногенных изменений уровней и химического состава подземных вод в преобразовании эколого-гидрогеологических условий в пределах горнодобывающих регионов является целесообразным, на основе результатов системы специализированных полигонов наблюдений (которые представляют собой совокупность различных типов мониторинговых пунктов и рекомендуются для создания на типовых участках с однородными эколого-геологическими условиями) выполнение комплексного опережающего прогноза, с использованием математических геофильтрационных и геомиграционных моделей, в первую очередь для регионов с высокой концентрацией жилищных и экологически опасных промышленных объектов.

В зависимости от целевого назначения и комплекса задач такие специалицированные полигоны наблюбений могут быть разделены на следующие типы:

§  репрезентативные, геохимические, гидрогеологические, инженерно-геологические, геофизические (сейсмогеофизические), геодинамические полигоны;

§  наблюдательные участки (в зонах развития специфическихтехногенногеологических систем шахт, карьеров, промышленно-городских агломераций и др.;

§  наблюдательные скважены, профили, кусты скважин.

В случаях сложных изменений екологических параметров геологической среды в специализованный наблюдательный полигон могут включаться репрезентативные полигоны, наблюдательные участки, створы, профили и кусты скважин.

Основным объектом получения информации является наблюдательный пункт, на котором проводятся наблюдения или исследовательские работы следующих типов:

§  пункт геохимических наблюдений (систематического отбора проб грунта и горных пород);

§  пункт гидрогеологических наблюдений ( скважина, шурф, источник, колодец, лизиметр, водомерный пост, метеостанция);

§  пункт инженерно-геологических наблюдений (систематического отбора проб грунта на определение физико-механических, водно-физических и др. параметров, объекту проявления опасных ситуаций – оползни, подтопление и пр.);

§  пункт геофизифеских наблюдений.

В случае возникновения чрезвычайных ситуаций, которые имеют трансграничный характер, могут быть организованы пункты санитарно-гигиенических наблюдений (оценки связи заболеваний с трансграничным загрязнением подземных и поверхностных вод).

Сбор, обработка и анализ данных наблюдений, включая регулярные эколого-геологические прогнозы, рекомендуется осуществлять используя ГИС-технологии.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. , , и др. Проблемы охраны водных ресурсов в горнопромышленных районах на примере Донбасса//Экотехнологии и ресурсосбережение.-1997.№3. – С.45-48.

2. (гл. редактор). Водообмен в гидрогеологических структурах(водообмен в гидрогеологических структурах и Чернобыльская Катастрофа), Институт геологических наук НАН Украины, Киев, 2001г.,632с.

3. , , Юркова закрытия шахт на активизазию процессов подтопления и усложнение эколого-геологического состояния территории// Екологія довкілля та безпека життєдіяльностя.2003.- №6-С.42-44.

4. (Яцик екологія, том 4, К.; Вид-во “Генеза”,200с.