Терриконы или шахтные отвалы — это горы отработанной породы, которая остается после добычи угля или железной руды. Кроме самой пустой породы, отвалы содержат большой процент угля и солей различных металлов, в том числе радиоактивных. Довольно часто уголь в терриконах загорается. Террикон средних размеров выделяет 15 тыс. тонн СО2, 5 тыс. тонн СО и огромное количество пыли в год. Ежегодно объем отвалов увеличивают на 40 млн. тонн.
Терриконы являются неотъемлемой частью ландшафта больших и малых городов Донбасса. Только в Донецке их количество по разным источникам составляет от 120 до 138. Около 100 породных отвалов являются недействующими, из них только 25 считаются горящими. Из 32 действующих породных отвалов 28 — горящие. Высота породных отвалов Донецка колеблется в пределах от 8 м до 126, 6 м.
Существующие терриконы, в основном у угольных шахт, подразделяют на следующие виды: негорячие, нетоксичные; токсичные, горящие (до 30 лет) неантрацитовые; токсичные антрацитовые с интенсивным горением (10-15 лет); терриконы обогатительных фабрик.Физические и химические свойства почв поверхностных слоев терриконов изменяются в довольно широких пределах. Поверхностный слой обычно быстро выветривается, смывается водой. Однако он содержит практически все минеральные элементы, необходимые для питания растений, особенно много фосфора и калия. Неблагоприятное воздействие на растения оказывают значительная кислотность, наличие большого количества подвижных форм алюминия, малая влагоемкость и высокая температура почв в очагах горения.
До начала биологического этапа рекультивации на породных отвалах угольных шахт должны быть потушены очаги горения и порода охлаждена ниже 80°С на глубину не менее 2,5 м. Для тушения очагов горения конические отвалы переформировывают в плоские с уклоном не выше 2° на отдельных участках (их площадь не более 400 м²). Чтобы предупредить сток осадков и размыв склонов, по краю площадки устраивают бортик шириной 2,5-4,5 м и высотой 0,5-1 м.
Террикон: экология, рекультивация, отвал. Воздействие отвалов угольных шахт
Отвалы угольных шахт горят, пылят, эродируют, радиоактивны. В результате физического и химического выветривания порода разрушается, превращается в пыль и вместе с горючими газами и очагом горения является одним из основных источников загрязнения атмосферы и ухудшения санитарного состояния городов и рабочих поселков угледобывающих шахт.
При выпадении ливня на сухую почву решающую роль играет водопроницаемость в начальный период впитывания, а при предварительном увлажнении верхнего слоя породы до полного насыщения более существенной становится впитывающая способность породы в фазе стабилизации. Если интенсивность ливня превышает интенсивность впитывания, возникает сток воды и водная эрозия, если не превышает — эрозии не будет.
Водная эрозия на терриконах характеризуется катастрофическим размером. Ее результатом на изучаемых отвалах стал вынос с каждого гектара их поверхности в окружающую среду от 2568 до 3450 тонн породы, содержащей многие небезопасные компоненты.Снизить активность водной эрозии на терриконах можно управляя водопроницаемостью породы по отношению к ливневым осадкам и талым водам, которая в большой степени зависит от наличия на отвалах древесной растительности. Создавая искусственные насаждения и способствуя развитию самосевной древесной растительности можно полностью остановить эрозионные процессы на отвалах.
Попадая в терриконы, породы карбона испытывают значительные преобразования. Это связано с процессами выветривания, когда скальные, прочные породы разрушаются и превращаются в полурыхлые и рыхлые. Выветривание пород сопровождается изменением их минерального и химического состава. Значительная часть компонентов пород выщелачивается водными растворами и мигрирует в окружающую среду, локализуясь на различных барьерах в почво-грунтах, растительном покрове, в грунтах зоны аэрации и в водовмещающих породах.
Наряду с выветриванием, которое распространено во внешней части терриконов, внутри них создаются благоприятные условия для окисления и последующего возгорания. Ведущая роль при этом принадлежит деятельности микроорганизмов. Окисление сульфидной серы осуществляется тионовыми бактериями. Они представляют собой обычно автотрофные микроорганизмы, использующие свободную СО2 на построении своего тела и получающие энергию при окислении серы и ее восстановленных продуктов. Изучение условий развития микроорганизмов в зонах окисления сульфидных месторождений установило их устойчивость при температурах от 2 до 70о С, рН среды — от 1 до 8. При этом развитие бактерий протекает в условиях высокой влажности породной массы. Эти данные показывают, что микроорганизмы устойчивы в условиях кислой среды, так как при окислении сульфидов образуется серная кислота, однако не переносят высокие температуры. Поэтому микроорганизмы начинают процесс окисления, который сопровождается выделением тепла, и разогревают определенную зону, а собственно горение может протекать внутри террикона в благоприятных условиях при доступе достаточного количества кислорода, когда происходит возгорание органической части угля.В подтверждение этих выводов говорит тот факт, что в пределах краевых частей терриконов существуют локальные очаги окисления, где существенного повышения температуры не отмечается, однако наблюдается выделение парообразной серной кислоты и налеты новообразованной сульфатной минерализации.
Вокруг очагов горения формируется своеобразная зональность, обусловленная перераспределением исходного вещественного состава. В процессе изысканий были выявлены в разных местах терриконов небольшие участки, где сохранились первичные рыхлые отвальные породы — различной формы и размеров куски аргиллитов, углистых аргиллитов, алевролитов и редко песчаников. Они выделяются по черному цвету породной массы.
Вокруг этих участков устанавливается пограничная зона замещения, проявленная в изменении первичного цвета пород до бурых, вишневых оттенков, на фоне которых развиваются сульфаты желтого цвета. Они пропитывают массу породы, образуют различные налеты, корочки, прожилки и вкрапленники.
Терриконы и ореолы рассеивания загрязняющих веществ в почвах служат источниками загрязнения водной среды сульфатами и токсичными компонентами. При этом загрязняется поверхностный сток, выщелачивающий растворимые сульфаты с поверхности терриконов и почв, и подземные воды в процессе инфильтрации загрязненных атмосферных осадков. Известно, что поверхностные и подземные воды городской черты имеют высокую минерализацию (более 2 г/л), жесткость (более 15 мг-экв/л), сульфатно-натриевый состав.
Опасность процессов антропогенного замещения грунтов основания зданий и сооружений заключается в том, что первичные природные грунты с конкрециями карбонатов обладают достаточно высокими прочностными характеристиками как в сухом, так и во влажном (обводненном) состоянии. В отличие от них загипсованные грунты сохраняют устойчивость лишь в сухом состоянии. Длительное замачивание сопровождается растворением гипса и, соответственно, потерей несущих способностей грунтов. Опасность состоит в том, что гипс слаборастворим водой, имеющей повышенную минерализацию. Изменения прочностных свойств при замачивании проб грунтов в лабораторных условиях могут быть также не установлены. Поэтому построенный, например, жилой дом на таких грунтах может со временем разрушится, что в последнее время не редкость. Пока грунты сухие — дом стоит. Прохудившиеся водопроводные и канализационные сети приводят сначала к затоплению подвалов. Постоянная фильтрация через зону аэрации вод с пониженной минерализацией приводит к растворению гипса и грунты основания теряют свои прочностные свойства.
Роль терриконов в экологии города является исключительно негативной. Для ее оценки в каждом конкретном случае требуются специальные геолого-экологические исследования для разработки природоохранных мероприятий по минимизации негативных воздействий. Это, прежде всего, предотвращение выбросов, организация поверхностного стока, предотвращение фильтрации атмосферных осадков в горизонты подземных вод, рекультивация и озеленение. Самым оптимальным является разборка отвалов и утилизация породной массы с учетом ее физико-химических, физико-механических, минералого-геохимических и др. свойств.Одним из способов снижения вредного воздействия является озеленение терриконов с помощью лесных насаждений. Лесные насаждения позволяют зарегулировать поверхностный сток и сократить эрозионные процессы на поверхности отвалов. Однако исследований по этому вопросу очень мало.
В процессе добычи угля подземным способом на поверхность выдается порода от проведения подготовительных и очистных работ, зачистки и восстановления горных выработок, которая отсыпается обычно в один отвал. Количество ее зависит от системы разработки, горно-геологических условий, способа выемки угля и т.д. Выданная на поверхность порода складируется в разные по размерам и форме отвалы — конические, гребневидный, платообразные (плоские), комбинированные.
Они занимают большие площади сельскохозяйственных земель, снижают производительность соседних земель, загрязняющих атмосферу газами и пылью, а также нарушающие гидрогеологический режим местности. Кроме того, воды (преимущественно содержащие токсины), стекающие с отвалов, уничтожают растительность на прилегающей территории. Отвалы, расположенные вблизи населенных пунктов, ухудшают санитарно-гигиенические условия жизни людей.
Породные отвалы состоят из массы насыпных пород (пустых пород угля и углистых сланца) и основы (части земной поверхности). В период своего существования отвалы не остаются неизменными. Вследствие различных причин изменяется их поверхность и форма.Основными факторами негативного влияния породных отвалов на окружающую среду являются:нарушение естественного ландшафта земной поверхности; пылегазовые загрязнения атмосферы;нарушение гидрогеологического режима прилегающих территорий;химическое и радиологическое загрязнение почв и вод.
Эксплуатация действующих породных отвалов, а также их тушения и разработка должны осуществляться по специальным проектам или разделами проектов строительства (реконструкции) шахт, обогатительных фабрик и паспортом породного отвала, которые должны содержать следующие требования: предупреждение самовозгорания;технологии тушения и разработки;обеспечение устойчивости при эксплуатации, тушении, разработке; рекультивации.
Рекультивация породных отвалов относится к мерам восстановительного характера, направленных на устранение последствий воздействия горных работ на окружающую среду и рассматривается как основное направление восстановления народнохозяйственной ценности нарушенных земель и улучшения условий окружающей среды.
Allbest.ru