Проблемы защиты окружающей природной среды при ликвидации угольных предприятий

© А.М. Смирнов, 2002

УДК 622.8

А.М. Смирнов

ПРОБЛЕМЫ ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ УГОЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Экологические проблемы при ликвидации шахт и разрезов определены «Эталоном проекта ликвидации шахты (разреза)», утвержденным Первым заместителем Председателя Межведомственной комиссии по социально-экологическим проблемам угледобывающих регионов В.И .Калюжным 02.08.99 г. в разделе 2.7 «Ликвидация вредного влияния от ведения горных работ», в составе которого предусматриваются:

• ликвидация провалов, трещин, уступов, образовавшихся при ведении горных работ;

• тушение породных отвалов и свалок;

• приведение земной поверхности в состояние, пригодное для дальнейшего использования по назначению (в том числе рекультивация нарушенных земель) и охрана земельных ресурсов;

• обеспечение безопасности на-

селения, в том числе предотвращение разрушения зданий и сооружений;

• охрана атмосферного воздуха от загрязнения;

• охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения, в том числе приведение водных ресурсов в состояние, пригодное для дальнейшего использования по назначению;

• предотвращение прорывов воды и газов в жилые, производственные и иные помещения (в том числе в горные выработки смежных действующих шахт);

• организация экологического мониторинга, включая прогноз возможных аварийных ситуаций (штатных и нештатных) с оценкой их отрицательного влияния на окружающую среду.

Приведенный перечень достаточно полно характеризует комплекс экологических проблем, возникающих

при закрытии шахт. Мероприятия по решению этих проблем определены в инструкциях, среди которых, в первую очередь, следует отметить:

• «Инструкцию о порядке ведения работ по ликвидации и консервации опасных производственных объектов, связанных с пользованием недрами», утвержденную постановлением Госгортехнадзора России от 02.06.99 г. № 33;

• «Отраслевую инструкцию о порядке ликвидации и консервации предприятий по добыче угля (сланца)», утвержденную Первым заместителем Министра топлива и энергетики Российской Федерации А.Е. Евтушенко 27.05.97 г.;

• «Инструкцию о порядке контроля за выделением газа на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт»;

• «Инструкцию по безопасному ведению горных работ у затопленных выработок», утвержденную постановлением Госгортехнадзора России 30.05.96 г. (протокол № 10);

• «Методическое руководство о порядке выделения провалоопасных зон и выбора комплекса технических мероприятий по выявлению и ликвидации пустот при ликвидации шахт», утвержденное Директором Государственного учреждения по вопросам реорганизации и ликвидации нерента-

Экологические проблемы Мероприятия по решению проблем

Ликвидация провалов, трещин, уступов Т ампонирование Сотрясательное взрывание с засыпкой пустот

Тушение породных отвалов и свалок Разравнивание пожароопасных слоев

Приведение земной поверхности в состояние, пригодное для дальнейшего использования Рекультивация нарушенных земель

Предотвращение разрушения зданий, сооружений и коммуникаций Мониторинг напряжений и деформаций

Охрана атмосферного воздуха от загрязнений Дегазация метана Очистка газов

Охрана поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения; обеспечение сохранности водных объектов Очистка шахтных вод (включая обессоливание) Сооружение защитных перемычек Бурение водопонизительных скважин

Предотвращение прорывов воды и газов в помещения и горные выработки действующих шахт Дегазация газообильных пластов Бурение водопонизительных скважин Сооружение перемычек

Организация экологического мониторинга; прогноз возможных аварийных экологических ситуаций Создание центров социально-экологического мониторинга, оснащенных сетью наблюдательных пунктов

Рис. 1. Основные экологические проблемы при ликвидации угольных шахт и мероприятия по их решению

бельных шахт и разрезов В.Е. Зай-денваргом 25.10.99 г.

Анализ указанных материалов свидетельствует о том, что работы в части методического обеспечения процессов закрытия шахт следует продолжать, особенно в части экологического мониторинга. В то же время эти вопросы могут решаться и в традиционных рамках мониторинга загрязнения окружающей природной среды, определенных юридической, методической и нормативнотехнической базой федерального уровня.

По вопросам, связанным с ликвидацией провалов и трещин, в соответствии с упомянутым выше «Методическим руководством о порядке выделения провалоопасных зон ...» рекомендуется тампонировать пустоты через разведочные и специально пробуренные скважины. Допускается также сотрясательное взрывание с последующей засыпкой образовавшихся на поверхности провалов.

Особое внимание должно быть обращено на горящие породные отвалы. Число их составляет около 50, но возможность загорания сохраняется еще за многими из отвалов. В качестве средств мониторинга отвалов по температурному показателю предлагается использовать периодический контроль с помощью инфракрасных бесконтактных датчиков температуры с последующим бурением скважин для детального контроля температуры возможных очагов возгорания.

Процедуры рекультивации отвалов должны сочетаться с процедурами предотвращения возгорания и защиты от пыления, особенно при сильном ветре, длительной засухе и т.п. Должен быть предусмотрен также контроль газовыделения отвалов, в первую очередь - сероводорода, периодический или непрерывный. Заслуживает внимания позиция Минатома РФ, в соответствии с которой складирование малотоксичных в радиационном плане отходов приводит к существенной интенсификации радиоактивного излучения. Поэтому периодическое обследование отвалов для определения их радиационного излучения представляется целесообразным.

Процедуры рекультивации, гашения отвалов, снижения пыления и га-зовыделения являются традиционными. т.е. аналогичными процедурам

для отвалов действующих предприятий.

Традиционными методами обеспечения безопасности смежных действующих шахт от затопления ликвидируемых является бурение водоспускных и опережающих скважин (шпуров) для спуска воды из затопленных выработок. Вышеупомянутой «Инструкцией по безопасному ведению горных работ у затопленных выработок» предусматривается также поведение наблюдений за давлением воды в затопленных выработках.

Предотвращение подтопления зданий и сооружений, расположенных на горном отводе, методически аналогично предотвращению проникновения воды в соседние выработки действующих предприятий и осуществляется с помощью тех же методов, которые были упомянуты выше.

Предотвращение проникновения газов в здания и сооружения, расположенные на горном отводе, является задачей весьма актуальной. Уже наблюдалось несколько смертных случаев как в результате отравления «мерт-вым» газом (в том числе при производстве замеров концентрации газа в наблюдательных скважинах, при спуске жителей в подвалы домов и погреба), а также взрывов метана и т.п. В упомянутой выше «Инструкции о порядке контроля за выделением газа на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт», справедливо отмечается, что в ряде случаев приток метана на поверхность может значительно возрасти при затоплении шахты, когда под влиянием поднимающегося уровня воды метановоздушная смесь, скопившаяся в пустотах отработанного пространства, будет испытывать некоторое избыточное давление. «Инструкция .» предусматривает контроль за выделением газов в жилые и производственные помещения, а также измерение содержания газов в почвенном воздухе. Контролю подлежат метан, оксид и диоксид углерода.

В качестве мероприятий по предотвращению скопления газа при «сухом» способе ликвидации рекомендуется тщательная изоляция метаносодержащих горизонтов от прочих горных выработок, а при «мокром» способе ликвидации - обеспечение свободного перемещения метана к верхним горизонтам и к специально прокладываемым трубопроводам для выпуска метана, а также существующим или специально пробуриваемым скважинам.

Защита воздушной атмосферы складывается из защиты от загрязняющих компонентов и защиты от газов, вызывающих парниковый эффект. Следует иметь в виду, что при ликвидации градообразующих предприятий сохраняются источники загрязнения от предприятий коммунально-бытового назначения - котельных (например, на территории

разреза «Грызловский» в Подмосковном бассейне размещено 4 котельных), водоочистных сооружений и др. Для них сохраняют силу мероприятия, предназначенные для очистки выбросов действующих предприятий. Источниками загрязнения атмосферы остаются породные отвалы, о которых упоминалось выше, а также подземные пожары, при которых образуется, по крайней мере, один токсичный газ - оксид углерода. Методы борьбы с подземными пожарами также тради-ционны, аналогичны для действующих и закрываемых шахт. Следует отметить, что при закрытии шахт проектом закрытия должны предусматриваться меры, препятствующие возникновению подземных пожаров.

Из парниковых газов при закрытии угольных предприятий выделяются метан (строго говоря, метан еще и малотоксичный загрязнитель) и диоксид углерода. Наиболее рациональный путь предотвращения интенсивного метановыделения также тради-ционен - принудительное извлечение метана с его последующей утилизацией. Диоксид углерода - непременный компонент сгорания (т.е. окисления) углеродосодержащих веществ, в том числе угля. Проблема выделения диоксида углерода наиболее остро стоит при использовании угля в качестве топлива и радикально решается только в результате замены углеродосодержащего топлива (нефти, газа, угля) при выработке необходимой человечеству электроэнергии ее альтернативными источниками: атомными

станциями, гидростанциями, ветро-энергией, солнечной энергией, приливными электростанциями и т.п. Однако, реализация любого из альтернативных видов получения электроэнергии связана с существенными трудностями. Поэтому энергосбережение является одним из наиболее эффективных путей сокращения выброса парникового диоксида углерода в атмосферу.

Проблема охраны подземных и поверхностных вод при закрытии шахт является весьма актуальной, поскольку затрагивает значительные территории. Существует опасность загрязнения подземных вод разнообразными токсичными компонентами. К примеру, проба шахтных вод Кизе-ловского бассейна, проанализированная в институте «Гипро-

углеавтоматизация», показала превышение ПДК по кадмию, кобальту, никелю, меди, свинцу, цинку, марганцу, мышьяку, ртути, селену, хрому, сульфатам, сульфидам, карбонатам, цианидам, урану (всего по 16 компонентам). Но особенно существенны превышения по радиоактивности (б + в) - в 4 раза и по фенолу - 1,12 мг/л против допускаемых СанПиН ГН.2.1.5.089-98 значения 0,1 мг/л, т.е. в 11 раз. Проблемы обессоливания шахтных вод актуальны для закрываемых шахт Восточного Донбасса. В Ленинградском бассейне наблюдается недопустимый уровень фенольного загрязнения.

В настоящее время появился ряд эффективных технологий очистки, в первую очередь - биологическими методами, с помощью водорослей и бактерий. Конверсия дала существенный толчок к развитию фильтровальных мембран, керамических фильтров. Все эти новые технологии недостаточно опробованы для вод предприятий угольной промышленности. Главная проблема этого - недостаточное финансирование, тем не менее представляется необходимым интенсифицировать процесс анализа современных методов очистки с целью разработки предложений по их тиражированию в проектах закрываемых шахт.

Основные экологические проблемы при ликвидации угольных шахт и мероприятия по их решению приведены на рис. 1.

Вопросы организации экологического мониторинга закрываемых шахт заслуживают более детального рассмотрения. Опыт Кизелков-ского и Ленинградского бассейнов, Кузбасса и Восточного Донбасса свидетельствует о том, что наиболее эффективной формой организации мониторинга является создание региональных центров социальноэкологического мониторинга закрываемых угольных предприятий. Именно через мониторинг обеспечиваются достоверное прогнозирование социальных и экологических последствий закрытия шахт, а также возможность объективной оценки проводимых защитных мероприятий, производится наблюдение за последствиями ликвидации. Упомянутый выше «Эталон проекта ликвидации шахты (разреза)» возлагает на

службу мониторинга проведение гидрогеологических и гидродинамических наблюдений и контроль эффективности инженерных мероприятий при ликвидации шахт, которые включают:

• организацию наблюдений за подъемом уровня воды в горных выработках в процессе затопления шахты;

• организацию наблюдений за изменением водопритоков в соседние шахты;

• организацию наблюдений за деформацией земной поверхности;

• фиксирование расхода шахтных вод при самоизливе их на земную поверхность, а также производительности дренажных средств;

• проведение наблюдений за вытеснением газа по горным выра-

боткам или трещинам в подработанном массиве в результате затопления шахты;

• проведение наблюдений за геодинамическими процессами и явлениями, возникающими в зоне влияния затапливаемых шахт;

• оценку фактического состояния природной среды и выявление начальных проявлений экологических осложнений;

• создание наблюдательной сети и проведение измерений и наблюдений за воздействием ликвидации шахты (разреза) на окружающую природную среду;

• обобщение и анализ результатов наблюдений, корректировку экологических прогнозов и обеспечение корректировки природоохранных

мероприятий, предусмотренных проектом ликвидации шахты (разреза).

Приведенный перечень удовлетворительно охватывает задачи мониторинга. К ним следует добавить только управление процессами возду-хо- и, особенно, водоочистки, однако, на существующих очистных сооружениях возможности оптимизации процесса очистки довольно ограничены. Приведенный перечень также убедительно свидетельствует в пользу региональной централизации экомониторинга закрываемых шахт.

Основные задачи экомониторинга закрываемых угольных шахт и технические средства для их решения приведены на рис. 2.

Структура регионального центра социально-экологичес-кого мониторинга представлена на рис. 3.

Предлагается в составе центра иметь 5 секторов и одну лабораторию. В секторе социальных исследований предусматривается проведение экспресс-диагностики профзаболеваний и электромагнитных методов лечения этих заболеваний.

Представляется целесообразным интенсивно развивать наблюдательную сеть с помощью автоматизированных аналитических приборов, поскольку только результаты подобного контроля могут являться функциональной основой для достоверного прогнозирования экологических последствий закрытия шахт.

Непрерывные наблюдения должны рационально сочетаться с периодическими, для чего в составе центра создаются сектор и лаборатория анализа проб.

Наряду с наблюдениями, имеющими метрологическое обоснование, предлагается использовать современные методы качественного мониторинга - лидаров, аэросъемок, спутниковых съемок для выявления деформаций поверхности, анализа загрязнений вод, атмосферы и почвы. В качестве прогнозного инструмента, помимо традиционных методов, представляется целесообразным использовать космологические методы прогноза, учитывающие астрокосмические процессы и их существенное влияние на земные процессы, в особенности катастрофического характера.

Проведенный анализ касался преимущественно закрытия шахт. При закрытии разрезов основной экологической задачей является восстановление (рекуль-тивация) нарушенной почвы, либо организация на базе разреза водоема с его последующим хозяйственным использованием.

Из изложенного вытекают следующие предложения.

1. Необходимо детально разрабатывать при закрытии угольного предприятия мероприятия по охране

окружающей среды и точно обеспечивать их выполнение.

2. Представляется необходимым интенсифицировать процесс анализа эффективности разработанных современных природоохранных мероприятий, в первую очередь - установок очистки воды, методов рекультивации почв и др. - для условий угольной промышленности (значительные во-допритоки, интенсивное засоление и т.п.), обеспечить их промышленную

проверку и последующее использование в проектах закрытия шахт.

3. Необходимо ускорить организацию центров социальноэкологического мониторинга в районах закрываемых шахт и обеспечить реализацию ими всего комплекса природоохранных функций в этих районах.

4. Следует расширить работы по созданию автоматической наблюдательной сети экомониторинга в районах закрытия шахт.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Смирнов А.М. - кандидат технических наук, директор института « «Гипроуглеавтоматизация».