12.2. Организация и основные результаты экологического мониторинга на горных отводах ликвидированных шахт Восточного Донбасса за 2008 год

Сложная экологическая обстановка в регионе потребовала реализации природоохранных мероприятий на горных отводах ликвидируемых шахт. Их разработка стала возможна благодаря результатам горно-экологического мониторинга. Полученная информация позволяет принимать эффективные решения на стадии проектирования и реализации проектов по ликвидации негативных экологических последствий от деятельности и закрытия шахт.

Кроме того, необходимость бессрочного ведения горно-экологического мониторинга на ликвидируемых шахт Восточного Донбасса определена требованиями по обеспечению безопасной жизнедеятельности населения и регламентирующими законодательными и нормативными документами:

На горных отводах 47 ликвидируемых шахт определены 443 провалоопасные зоны, прилегающие к горным выработкам, выходящим на дневную поверхность, которые в соответствии с Федеральным законом № 116 от 1997г. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (статьи 6, 7) и параграфами 226, 228 «Правила безопасности в угольных шахтах» М.:Госгортехнадзор,2003. - должны приводиться в безопасное состояние и обеспечиваться постоянным контролем.

На подработанных горными работами территориях закрытых шахт установлено 289 опасных и угрожаемых зон по выходу опасных и вредных шахтных газов на площади 4741га. В пределах этой площади расположено более 9 тыс. жилых домов и административно-промышленных зданий. Согласно Федеральному закону №116 от 1997г. «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» (статьи 6, 7, приложение 1) и пунктам 5.4 – 5.7 «Инструкции о порядке контроля за выделением газов на земную поверхность при ликвидации шахт» - Кемерово: ВостНИИ,1998.- регламентировано в этих зонах бессрочно вести контроль за выделением шахтных газов на земную поверхность.

В процессе затопления выработанного техногенного пространства закрытых шахт (1995 – 2017гг.) допускаются деформации земной поверхности под жилыми зданиями, сооружениями и инженерными коммуникациями, а также изменение гидрогеологического режима поверхностных и грунтовых вод. В пределах, подработанных горными работами на малых глубинах территориях жилой застройки городов Шахты, Новошахтинск и Гуково, поселков Михайлов, Шолоховский, Коксовый, находятся сотни домов. С целью обеспечения их безопасной эксплуатации и согласно пунктов 2.1 и 2.16 «Правил охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных выработок на угольных месторождениях» С-Пб: ВНИМИ,1998.- необходимо вести геодинамические наблюдения до окончания процесса сдвижения земной поверхности.

Бесконтрольное затопление техногенного пространства шахт повлечет за собой подтопление селитебных территорий площадью более 165га, на которых расположено 640 жилых построек, и в дальнейшем произойдет загрязнение техногенной водой рек и грунтовых водоносных горизонтов. В этой связи необходимо осуществлять контроль гидрогеологического режима подработанных и находящихся в зоне влияния территорий закрытых шахт до полного прекращения негативных процессов, связанных с затоплением шахт.

В соответствии с указанными нормативными документами и согласно рабочему проекту «Мониторинг социально-экологических последствий ликвидации шахт Восточного Донбасса» Центр мониторинга выполняет объемы работ по следующим направлениям: газомониторинг, гидрогеологический мониторинг, гидрологический мониторинг, геодинамический мониторинг, мониторинг земельных ресурсов, создание информационно-аналитической базы данных (ГИС-проекты), оперативный контроль загрязнения окружающей природной среды силами собственной промышленно-экологической лаборатории.

Газомониторинг

Одним из приоритетных направлений деятельности Центра мониторинга в обеспечении безопасной жизнедеятельности населения региона является контроль за выделением газов на земную поверхность, в заглубленных объектах домовладений и административно-промышленных зданий, газодренажных трубах на устьях ликвидированных вскрывающих выработок, в почвенном воздухе угрожаемых и опасных зон на территориях горных отводах ликвидируемых шахт.

Контроль выхода на земную поверхность шахтных газов с опасными концентрациями метана СН₄>1%, двуокиси углерода СО₂>0,5% и пониженного содержания кислорода О₂<17% («мертвого воздуха») в 2008 году осуществлялся на территориях горных отводов 38-ми ликвидируемых шахт. По состоянию на 01.01.09 г. в Восточном Донбассе числится 214 угрожаемых и 75 опасных по газовыделению зон на общей площади 4741,51 га, где расположено более 9-ти тысяч жилых домов и административно-промышленных зданий.

Несмотря на то, что большинство ликвидируемых шахт в Восточном Донбассе находится в завершающей стадии затопления или полностью затоплены, наблюдаются опасные газовыделения из устьев ликвидированных вскрывающих выработок и в заглубленных объектах жилого сектора. Контроль за выделением газов в жилые, подвальные помещения, водопроводные колодцы и другие заглубленные объекты ведется на 778 объектах домовладений и промышленно-административных зданий.

С начала реализации (2002 г.) рабочего проекта «Мониторинг социально-экологических последствий ликвидации шахт Восточного Донбасса» количество опасных зон увеличилось почти в 7 раз – с 11 до 75, а их площадь – более чем в 3 раза – с 5,53 га до 17,26 га. Опасные зоны расположены в жилых районах городов Шахты (ш. «Глубокая» - 50 зон, ш. «Южная» - 4 зоны) и Новошахтинск (ш. им. Кирова – 18 зон), хутора Тацин (ш. «Комиссаровская» - 3 зоны). Результаты газового мониторинга свидетельствуют об увеличении числа участков, опасных по проникновению «мертвого воздуха» в подвалы жилых домов, и отсутствии стабилизации этого процесса (диаграмма 12.1.).

Для безопасной жизнедеятельности населения в течение года специалисты Центра мониторинга выполняют порядка 30 тысяч экспресс-замеров и около 2 тысяч лабораторных анализов газовоздушной среды из газодренажных трубок на устьях ликвидированных вскрывающих выработок и скважин, заглубленных объектов жилого сектора и промышленно-административных зданий.

Диаграмма 12.1.

Проникновение вредных газов в подвалы и погреба жилого сектора наблюдается, в основном, в теплый период года, а в зимний период - при значительном падении атмосферного давления и не зависит от скорости и уровня затопления шахтной водой техногенных горизонтов. Однако опасные газовыделения отмечаются и при высоком атмосферном давлении. Причиной этому может служить, в частности, повышенное газообразование или геодинамические процессы в горном массиве, вследствие чего давление шахтного воздуха начинает превышать атмосферное, и он поступает в подвалы, погреба, водопроводные колодцы. В настоящее время прослеживается ухудшение ситуации с увеличением количества объектов жилого сектора с опасными газовыделениями. Сложившееся положение объясняется продолжающимися процессами газообразования в выработанном пространстве и вмещающих породах, а также гидравлической связью техногенных комплексов ликвидируемых шахт с ранее ликвидированными, кустарными и мелкими шахтами. Месторасположение опасных зон характеризуется малой мощностью или полным отсутствием наносов, колебаниями скорости и вектора затопления техногенных комплексов.

С целью обеспечения безопасных условий проживания населения шахтерских городов и поселков Центром мониторинга выполняются технические мероприятия по локализации опасных газовыделений: газоизоляция полов и стен, устройство приточно-вытяжной вентиляции объектов, установка автоматических приборов контроля состояния газовоздушной среды. В 2008 году выполнены технические мероприятия в 12-ти заглубленных объектах домовладений, где отмечались наиболее опасные концентрации СО₂ и О₂ на территориях горных отводов шахт «Глубокая», им. Кирова и «Комиссаровская».

При ведении газомониторинга специалистами Центра мониторинга проводится разъяснительная работа с населением, проживающим на территории горных отводов ликвидируемых шахт Восточного Донбасса, о необходимых мерах предосторожности при обнаружении выхода вредных газов в заглубленные объекты домовладений, выдаются «Памятки для населения районов ликвидируемых угольных шахт».

Диаграмма 12.2.

В соответствии с «Инструкцией о порядке контроля за выделением газов на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт», независимо от гидродинамического состояния выработанного пространства шахт, при наличии опасных концентраций газомониторинг необходимо вести постоянно.

Гидрогеологический мониторинг

В 2008 году гидрогеологический мониторинг осуществлялся на горных отводах 47-ти ликвидируемых шахт, из которых:

затоплены – 34:

• 15 – затоплены полностью - шахтные воды выходят на поверхность;

• 13 – затоплены полностью - шахтные воды перетекают (через целики угля, породы междупластья, водоперепускные скважины и т.д.) в выработки смежных шахт;

• 6 – частично затоплены – уровень затопления техногенного горизонта поддерживается на безопасных глубинах для предотвращения подтопления селитебных территорий;

в стадии затопления находятся – 9:

• 1 – в стадии автономного затопления;

• 6 – в стадии затопления – шахтные воды (через целики угля, породы междупластья, технологические скважины и т.д.) перетекают в выработки смежных шахт;

• 2 – в стадии затопления с частичным перетоком шахтной воды в выработки действующих шахт;

в стадии «сухой консервации» - 4 - шахтные воды этих шахт перетекают в выработки действующих шахт.

Для контроля динамики затопления техногенных горизонтов ликвидируемых шахт, определения гидравлической связи между ними и действующими шахтами Восточного Донбасса, отслеживания качества шахтных и грунтовых вод в отчётном году использовались локальные и районные гидрогеологические и гидрологические сети, насчитывающие 347 гидронаблюдательных пунктов. Пункты наблюдения представлены скважинами, стволами, колодцами, родниками, выходами шахтной или смешанной воды в виде излива, мочажин, высачиваний, а также балочными водотоками и малыми реками.

В 2008 году проведено более 900 режимных наблюдений, по результатам которых определен уровень и скорость затопления выработанного пространства под селитебными территориями, уточнены характеристики гидравлической связи взаимодействующих шахт, рассчитаны дебит самоизливающихся скважин и расход водотоков и рек.

Проведены маршрутные обследования подработанных горными выработками территорий (более 3,8 тыс. км) с отбором 940 проб шахтных, грунтовых, поверхностных вод и высачиваний из-под породных отвалов.

Для определения качества шахтных вод и величины их влияния на грунтовые водоносные горизонты по гидронаблюдательным скважинам проведен комплекс режимных наблюдений с предварительной прокачкой скважин погружным насосом и отбором проб воды на лабораторный анализ.

Центром мониторинга разрабатываются прогнозы развития гидрогеологической ситуации при полном затоплении шахт, выдаются соответствующие рекомендации. Так был дан прогноз сроков затопления и места выхода техногенной воды на поверхность при полном затоплении шахт техногенных гидрогеологических комплексов в г. Новошахтинск (Западный ТГК) и г. Донецке (Донецкий ТГК).

Гидрологический мониторинг

Затопление огромных по площади и объёму выработанных пространств ликвидированных шахт привело к существенному изменению гидрогеологического и гидрохимического режима подземных вод. Достигнув определённого уровня, высокоминерализованные шахтные воды выходят на дневную поверхность, стекают в виде ручьев и водотоков или разгружаются по приповерхностным водоносным горизонтам в реки и водоёмы, оказывая на них негативное влияние.

Особенностью гидрогеологического и гидрографического строения области и территории Восточного Донбасса является то, что, вне зависимости от географического положения площадей загрязнения поверхностных и подземных вод, смешанные воды с фильтрационным либо поверхностным стоком попадают в реку Дон - основной источник хозяйственно-питьевого водоснабжения области.

На реке Дон, в районе станицы Мелиховская и города Аксай, расположены водозаборы питьевой воды. Оба водозабора находятся на площадях слияния р. Дон с реками, берущими начало и протекающими по территории Восточного Донбасса, являющимися путями миграции вод ликвидированных шахт.

Для оценки влияния техногенных вод ликвидируемых шахт на реки области разработан и реализуется рабочий проект «Мониторинг за загрязнением больших и малых рек Ростовской области техногенными водами ликвидированных шахт Восточного Донбасса».

В соответствии с указанным проектом на 50-ти гидрологических створах в 2008 году выполнены следующие работы:

• отобрано более 2000 проб воды в створах рек;

• отобрано 400 проб донных отложений;

• проведено свыше 600 измерений расхода воды в реках.

Анализ полученных результатов позволил дать комплексную оценку загрязнению рек, подвергшихся влиянию ликвидируемых шахт Восточного Донбасса:

• воды рек бассейнов Северского Донца и Тузлов характеризуются высокой комплексной загрязнённостью;

• наихудшее качество воды фиксируется в створах малых рек бассейна реки Тузлова - Большой Несветай, Малый Несветай, Грушевка, Аюта, Атюхта, Кадамовка, где она оценивается как «экстремально грязная» (РД 52.24. 643 – 2002);

• несколько ниже загрязнённость воды рек бассейна Северского Донца. Качество их воды по результатам комплексной оценки варьирует в пределах от «очень грязная», реже «грязная», до «экстремально грязная». «Экстремально грязная вода» прослеживается на всех створах рек Большая Каменка, Кундрючья, Бургуста, Большая Гнилуша, Лихая, а также в устье р. Калитва. «Грязная вода» – в верховьях рек Малая Каменка, Быстрая и в устье р. Северский Донец. На остальных створах рек бассейна Северского Донца вода характеризуется как «очень грязная».

Результаты лабораторного анализа донных отложений, отобранных в малых реках, свидетельствуют об аккумулировании в них микро- и макроэлементов с концентрациями, существенно превышающими ПДК. В этой связи появляется необходимость их утилизации.

С помощью наблюдательной сети, состоящей из 52-х гидронаблюдательных скважин, осуществлялся отбор проб грунтовых вод на лабораторный анализ, а также велся контроль по 19-ти родникам и эксплуатируемым водозаборным скважинам с отбором проб воды.

Указанные объекты расположены на путях миграции шахтных вод в подземную гидросферу региона. В результате мониторинга отмечено влияние затопленных шахт на подземные водоносные горизонты, приуроченные к поймам бассейна рек Тузлов и Северский Донец.

Созданная Центром мониторинга гидронаблюдательная сеть позволяет осуществлять действенный контроль за миграцией высокоминерализованных шахтных вод и своевременно разрабатывать меры по локализации негативного влияния на балансовые месторождения питьевой воды Ростовской области

Геодинамический мониторинг

В 2008 году проведена экспертиза результатов геодинамического мониторинга на горных отводах ликвидируемых шахт. На основании исследований, выполненных УРАН Институтом проблем комплексного освоения недр Российской академии наук, разработано заключение «О прекращении наблюдения за сдвижением земной поверхности на горных отводах ликвидируемых шахт Восточного Донбасса: «Донецкая», «Изваринская», «Комиссаровская», «Антрацит», №56 ШУ «Красносулинское», им. Октябрьской революции, им. Кирова, им. Горького, им. Ленина, им. газ. «Комсомольская правда», «Западная-Капитальная» и «Несветаевская» по данным мониторинга с 2003 по 2008гг.». В соответствии с п. 2.16. «Правил охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на угольных месторождениях», геодинамический мониторинг на наблюдательных станциях вышеназванных шахт прекращен.

Геодинамический мониторинг продолжен на горных отводах десяти шахт с целью контроля деформации земной поверхности, оценки её влияния на здания и сооружения, находящиеся на подработанных территориях. Показатели полученные в результате обработки инструментальных измерений свидетельствуют о различной направленности вертикальных движений земной поверхности над затапливаемым выработанным пространством. Поднятия и оседания поверхности в 10 – 60мм характеризуются как безопасные для зданий и сооружений. Зафиксированные на станциях деформации поверхности составили от 0,3*10^-3 до 0,8*10^-3, что не превышает допустимых для наблюдаемых объектов величин в 2,3*10^-3 («Правила охраны сооружений и природных объектов…» Санкт - Петербург, ВНИМИ, 1998 г.). Происходящие в настоящее время деформации земной поверхности являются безопасными для объектов жизнедеятельности и жизнеобеспечения населения.

В соответствии с «Инструкцией по наблюдению за сдвижением горных пород, земной поверхности и подрабатываемыми сооружениями на угольных и сланцевых месторождениях» геодинамический контроль на оставшихся станциях, размещенных на густозастроенных территориях городов Шахты и Новошахтинск, поселков Михайлов, Коксовый, Шолоховский, необходимо продолжить до полной стабилизации гидрогеологического режима ликвидируемых шахт.

Мониторинг земельных ресурсов

В рамках мониторинга земельных ресурсов продолжена ликвидация провалов и устранение дефектов изоляции вскрывающих выработок, представляющих опасность для населения, проживающего в непосредственной близости от промышленных площадок закрытых шахт. На территориях угольных районов в 2008 году было ликвидировано 97 провалов земной поверхности и дефектов изоляции устьев вскрывающих выработок в объеме 31,1 тыс. м³. Произведена геодезическая выноска и закрепление на местности 443-х провалоопасных зон - устьев вскрывающих выработок. Для безопасного вовлечения в хозяйственное использование бывших промышленных площадок ликвидируемых шахт администрациям муниципальных образований переданы «Пояснительные записки о выполнении комплекса геодезических работ по выноске на местность устьев ликвидированных горных выработок», содержащие ведомости к полигонометрическим ходам, координаты, ситуационные схемы и эскизы расположения устьев каждой выработки.

С целью контроля теплового состояния породных отвалов в 2008 году выполнялись работы по тепловой съёмке, экспресс-анализу газовыделений (СО, СО₂ и О₂) и радиационной съёмке на 45-ти породных отвалах. По результатам замеров выявлено 8 горящих отвалов с общей площадью очагов горения 11,03 га. Радиационный контроль на отвалах проводился в соответствии с «Нормами радиационной безопасности» (НРБ-99). По результатам радиационной съемки гамма-фон породных отвалов составил 0,10 – 0,24 мкЗв/ч, что не превышает установленных норм радиационной безопасности - 0,43 мкЗв/ч.

Для оценки загрязненности почв токсичными элементами в 2008 году произведен отбор проб почвогрунтов на 17-ти шахтах и шахтоуправлениях вокруг 57-ми породных отвалов на площади более 2610 га. Отобрано около 2000 проб для определения содержания подвижных форм токсичных микроэлементов: V, Cd, Co, Mn, Cu, Ni, Pb, As, Cr, Zn. Отбор проб производился с привязкой точек отбора GPS-навигатором. Результаты полученных анализов позволили определить величину литохимического загрязнения территорий в радиусе 300 – 500 м вокруг отвалов, согласно «Методике оценки опасности загрязнения почв на промышленных площадках ликвидируемых шахт Восточного Донбасса по подвижным формам тяжёлых металлов», разработанной межрегиональным научно-внедренческим экологическим центром «ЭКОТОН» г. Ростов-на-Дону.

Расчеты свидетельствуют о том, что пробы, отобранные у 17-ти отвалов, соответствуют допустимой категории загрязнения: у 17-ти – умеренно опасной, у 20-ти – опасной, у 3-х - чрезвычайно опасной. Все три чрезвычайно опасных объекта - отвал шахты №5/309 ШУ «Несветаевское», групповой отвал в балке Терновая шахты им. Ленина и отвал №1 шурфа «Унаново» шахты «Антрацит», находятся на территории жилого сектора городов Новошахтинск и Гуково.

Результаты мониторинга земельных ресурсов используются проектными организациями для разработки комплекса мероприятий по вовлечению нарушенных горным производством земель в хозяйственное использование.

Гидрогеомеханический мониторинг

Выполненная в 2008 году работа по литохимическому опробованию почвогрунтов на 42-х промплощадках на площади 1400 га 14-ти ликвидируемых шахт и шахтоуправлений свидетельствует о загрязненности почв токсичными элементами. Отбор 1200 проб производился по «Методике литохимического опробования почв и критерии оценки их загрязнения на промышленных площадках ликвидируемых шахт Восточного Донбасса». Анализ полученных результатов позволяет утверждать, что на 14-ти объектах степень загрязнения - допустимая, на 11-ти - умеренно опасная, на 12-ти – опасная и на 5-ти - чрезвычайно опасная. Два объекта с чрезвычайно опасной степенью загрязнения - это промплощадка шахты №5/309 ШУ «Несветаевское» и промплощадка шахты №3 шахты им. Ленина, находящиеся в жилом секторе города Новошахтинск.

Результаты мониторинга показывают, что основными источниками загрязнения почв и грунтов являются породы отложений карбона, слагающие отвалы и другие объекты производственной деятельности шахт (ламповые, котельные, гаражи, хранилища ГСМ и т.д.), загрязнившие площади у отвалов и промплощадок.

Материалы литохимических исследований используются при разработке рабочих проектов рекультивации земель нарушенных горным производством.

С 2005 года при Центре мониторинга действует промышленно-экологическая лаборатория (ПЭЛ). Основной задачей ПЭЛ является оперативный аналитический контроль за объектами мониторинга на площадях горных отводов ликвидируемых шахт Восточного Донбасса.

ПЭЛ аккредитована на техническую компетентность и независимость, соответствие требованиям Системы аккредитации аналитических лабораторий, зарегистрирована в Государственном реестре под номером РОСС RU.0001.515773 от 23.12.2008 г.

Методы анализа, применяемые в лаборатории: спектрофотометрический (в видимой и инфракрасной областях спектра), титриметрический, гравиметрический, потенциометрический, биолюминесцентный, атомно-абсорбционная спектрометрия, атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, газовая хроматография, хромато-масс-спектрометрия.

ПЭЛ оснащена сертифицированным современным измерительным, испытательным и вспомогательным оборудованием, необходимой нормативно-технической документацией, методиками выполнения измерений в соответствии с требованиями метрологии и стандартизации; осуществляет внутрилабораторный контроль проводимых исследований по федеральной программе «Q-control».

Лаборатория ежегодно принимает участие в межлабораторных сравнительных испытаниях (МСИ), проводимых Ростовским Центром стандартизации, метрологии и сертификации, постоянно подтверждает техническую компетентность по определяемым показателям на основании расчета Z-индекса и качеству работы лаборатории в целом – на основании расчета Z_с- и Z_к – индекса.

Специалистами ПЭЛ разработана методика выполнения измерений концентрации подвижных форм тяжелых металлов в почвах и других твердых объектах методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой. Данная методика прошла метрологическую экспертизу и аттестацию ГУ «Гидрохимическим институтом» Росгидромета (20.07.08) и внесена в Федеральный реестр методик выполнения изменений, применяемых в сферах распространения государственного метрологического контроля и надзора № ФР.1.31.2008.05112.

Созданный Центром мониторинга комплекс горно-экологического мониторинга является неотъемлемой частью системы экологической безопасности угольной промышленности и системы прогнозирования негативных техногенных процессов на территории области. Реализация работ, предусмотренных рабочим проектом «Мониторинг социально – экологических последствий ликвидации шахт Восточного Донбасса», дает возможность получать и аккумулировать информацию о состоянии окружающей среды. Анализ данной информации позволяет разрабатывать, а затем целенаправленно и методично реализовывать мероприятия по восстановлению экологии территорий, подвергшихся негативному воздействию от деятельности и закрытия шахт.

Информация горно-экологического мониторинга постоянно предоставляется в Администрацию Ростовской области, Росприроднадзор по ЮФО, Ростехнадзор, Росприроднадзор по РО, МЧС области и другие заинтересованные организации (всего 18 организаций).

Существующая экологическая обстановка на территориях, подвергшихся негативному влиянию деятельности и ликвидации шахт Восточного Донбасса, а также зарубежный опыт по реструктуризации угольной отрасли свидетельствуют о необходимости ведения горно-экологического мониторинга бессрочно.