Эко-бюллетень ИнЭкААрхив№6 (137) > ЭКОПРАКТИКА

Гидрогеологические проблемы ликвидации шахт Кузбасса и пути их решения

За период реструктуризации в Кузбассе прекратили добычу угля 43 шахты, Листвянский разрез и ГОФ «Судженская». Выбытие производственных мощностей на ликвидируемых шахтах и разрезах составило 27,3 млн.т.

В.С. Лудзиш,

д.т.н., Кузбасский центр мониторинга производственной и экологической безопасности

В проектах ликвидации шахт (ТЭО) были предусмотрены меры по решению комплекса задач в сфере производственной и экологической безопасности населения шахтерских городов и поселков. На работы по ликвидации последствий вредного влияния от ведения горных работ направлялось 50% от всех средств, предусмотренных проектами.

По способам ликвидации шахты подразделяются на 3 группы:

Первая группа шахт, которые затапливаются полностью.

Вторая группа – с частичным затоплением до определенных отметок с откачкой воды на поверхность погружными насосами, обеспечивающих безопасность работ смежных действующих шахт или предотвращающих подтопление жилых массивов.

Третья группа – шахты, которые подтоплены до проектных отметок с перетоком в смежные шахты.

По условиям сохранения земной поверхности, защиты территорий от подтопления грунтовыми и подземными водами, обеспечения безопасности работы смежных действующих шахт, защиты водных ресурсов и гидрорежимов поверхностных и подземных водотоков от промышленных загрязнений специалистами ВНИМИ, КЦМПЭБ и проектных институтов предложены проектные решения по ликвидации шахт, предусматривающие следующие меры и виды работ:

  • на шахтах «Судженская», «Бутовская», «Северная», «Ягуновская», «Лапичевская» и «Бунгурская» в пониженных местах рельефа поверхности пробурены самоизливные скважины, оборудованные трубопроводами слива. Самоизливные скважины позволяют поддерживать уровень подземных шахтовых вод на глубине не менее 3 м от поверхности земли, предотвращая подтопление территории горного отвода;
  • на шахтах «Анжерская», «Кольчугинская», «№2 и №3 Грамотеинского ш/у», «Пионерка», «Западная», «Красный Кузбасс», «Тайбинская», «Центральная», «Ноградская», им. Калинина, «Красный Углекоп», «Смычка», им. Димитрова, им. Орджоникидзе и «Байдаевская» уровень подземных вод поддерживается на установленных проектами отметках с помощью погружных насосных агрегатов, смонтированных в вертикальных и наклонных стволах или водопонизительных скважинах. Насосные агрегаты на шахтах «Анжерская», «Пионерка», «Смычка», им. Димитрова, им. Орджоникидзе смонтированы в водопонизительных скважинах и эксплуатируются в целях защиты от подтопления жилых и общественных зданий и сооружений, остальные водоотливные комплексы служат для обеспечения безопасности работы смежных действующих шахт;
  • шахты «Сибирская». «Бирюлинская», «Полысаевская», им. Ярославского, «Энергетическая», «им.Вахрушева», «№ 5-6», «Северный Маганак», «Суртаиха», «Нагор-ная», «Новокузнецкая», «Зыряновская», «Капитальная» и «Высокая» подтоплены до отметок перетока поступающих в них воды в горные выработки и водоотливы смежных действующих шахт;
  • шахты «Южная», им. Волкова, «Шушталепская» и «Северный Кандыш» не имеют смежных действующих шахт и прогнозных зон подтопления жилья на горных отводах. Сброс подземных вод этих шахт осуществляется разгрузкой в естественные водотоки в понижениях рельефа или на отметках штолен;
  • для защиты от подтопления 650 жилых домов, общественных зданий и строений микрорайона «Треугольник» в г. Белово, расположенных на горном отводе шахты «Пионерка», в соответствии с проектом пробурены и оборудованы погружными насосными агрегатами и трубопроводами. При эксплуатации водопонизительного комплекса была выявлена недостаточная достоверность уровня подземных вод на отдельных участках микрорайона, устанавливаемая по результатам наблюдений гидронаблюдательных скважин, разбросанных по периметру защищаемой площади. По предложению КЦМПЭБ разработаны рекомендации, согласно которым выполнено бурение куста гидрогеологических скважин, позволяющих достоверно оценивать и поддерживать уровень затопления на всей защищаемой территории;
  • для инженерной защиты от подтопления грунтовыми водами 146 жилых домов в пос. «Садопарковый» на горном отводе шахты им. Димитрова в г. Новокузнецке эксплуатируются 4 водопонизительные скважины с погружными насосами и 1 скважина оборудована погружным насосом на промплощадке Орджоникидзевского района шахты, защищающая от подтопления 21 жилой дом Куйбышевского района города;
  • на горном отводе шахты «Смычка» в г. Прокопьевске эксплуатируется водоотливной комплекс из трех водопонизительных скважин и трубопроводов слива, защищающего от подтопления 90 жилых домов по улицам Привокзальная и Литвинова. При эксплуатации водопонизительного комплекса выявилась недостаточная его эффективность, вызванная ежегодным попаданием паводковых вод в горные выработки из-за разлива реки Аба. По предложению специалистов КЦМПЭБ в 2006 году выполнены работы по строительству водоограждающей дамбы вдоль русла р. Аба, препятствующей поступлению паводковых вод в естественную котловину вблизи водоотливного комплекса и последующему проникновению их в выработанное пространство шахты;
  • на горном отводе шахты «Красный Углекоп» в пос. Спиченково (г.Прокопьевск) в 2005 году построена водоограждающая дамба, защищающая от подтопления автодорогу, ведущую на ул. Ручейная с 43 жилыми домами;
  • на горном отводе шахты «Пионерка» в пос. Бабанаково для защиты от подтопления 45 жилых домов по улицам им. Менделеева, 1-й и 2-й Рижской построены закрытые горизонтальные дренажные канавы с укладкой по дну в отсыпке из щебня перфорированных керамических и полиэтиленовых труб, обеспечивающими понижение уровня, сбор и отвод грунтовых вод в объёме 2-4 м3/час;
  • на горном отводе шахты «Ягуновская» закрытые дренажные системы построены для защиты от подтопления грунтовыми водами 23 жилых домов по ул. Туринская и Левобережная;
  • на горных отводах шахт: «Анжерская» и «Судженская» в г.Анжеро-Судженске для защиты 305 жилых домов, расположенных в трех прогнозных зонах подтопления, инженерная защита от подтопления с помощью горизонтальных дренажных систем вьшолнена по 15 улицам общей протяженностью дрен 8,5 км. Суммарный объем сбрасываемой в течение месяца воды составляет 10-14 тыс. м3., но проблемы массового подтопления жилья в зонах не сняты. С целью поддержания уровня подземных вод обеих шахт на проектных отметках оборудована для самоизлива шахтных вод дегазационная скважина, пробуренная с поверхности в горные выработки шахты «Судженская» и водопонизительная скважина на поле шахты «Анжерская», которые также не решили вопросы исключения подтопления территории горных отводов шахт «Анжерская», «Судженская».
  • для выяснения источника загрязнения фенолами сточных вод шахты «Ягуновская», поступающих в р. Большая Камышная, на горном отводе шахты и вблизи городской свалки по предложению центра, пробурены 7 гидронаблюдательных скважин, по которым ведется гидрохимический анализ проб воды. В пос. Малышев Лог, г. Калтан по гидрогеологическому створу пробурены 10 гидронаблюдательных скважин, по результатам наблюдений уровней и анализов проб воды которых необходимо установить влияние вод шахты «Шушталепская» и р. Кондома на периодическое подтопление жилья в поселке.
  • для очистки стоков сбрасываемых дренажных вод от осевого ствола шахты «Байдаевская» до очистных сооружений в русле ручья «Докшинский» построены две нит-ки сбросного трубопровода из труб D-700 мм протяженностью 4,5 км и выполнена реконструкция очистных сооружений со строительством станции обеззараживания стоков и фильтрующих дамб.

В настоящее время заканчивается строительство очистных сооружений сбрасываесмых вод на шахте «Шушталепская» в г. Калтане, и в 2010 году очистные сооружения будут пущены в эксплуатацию. Для сброса откачиваемых вод шахты «Кольчугинская» в очистные сооружения действующей шахты «Красноярская» проложен водовод длиной 2,0 км. Сброс откачиваемых вод из ствола шахты «Ноградская» производится в зашламованные отстойники, эксплуатируемые в период работы шахты. Сбросы, поступающие перетоком на водоотливы действующих шахт, откачиваются с использованием очистных сооружений этих шахт. Без очистки в настоящее время производится сброс на 16 ликвидируемых шахтах.

В результате затопления шахт и разрезов происходит подъем уровня подземных вод. При этом резко снижается сброс шахтных вод в речную сеть, прекращается истощение запаса подземных вод. Однако с закрытием шахт не прекращается их отрицательное влияние на природные объекты, происходит лишь перераспределение приоритетных воздействий. При ликвидации шахт на первый план выдвигаются гидрогеологические про-цессы. Порождаемые ими проблемы можно объединить в три группы:

  • Загрязнение подземных водоносных горизонтов, приводящих к выводу из водопользования источников хозяйственно-питьевого водоснабжения;
  • Затопление (заболачивание) земной поверхности, вызывающие деградацию почв, подтопление фундаментов зданий и сооружений, жилых домов, гибель лесных насаждений;
  • Переувлажнение массива горных пород, которое вызывает ухудшение их прочностных свойств, разуплотнение пород, используемых для засыпки стволов и других выработок, выходящих на земную поверхность.

Если при работе шахт отмечались, как правило, лишь локальные очаги загрязнения подземных вод за счет фильтрации через русла рек откачиваемых на земную поверхность шахтных вод, то после ликвидации шахтного водоотлива и поднятия уровня затопления, загрязненные шахтные воды проникают в подземные водоносные горизонты на огромной площади.

По степени опасности загрязнений подземных вод, поверхностных водоёмов и водотоков все ликвидируемые шахты отнесены к потенциально опасным (2 тип).

В 2009 году наблюдательная сеть гидрохимического мониторинга представлена 69 контрольно-наблюдательными станциями и 43 пунктами, включающими 39 точек контроля сточных вод и 38 точек контроля поверхностных водотоков и водоёмов.

Объектами мониторинга являются: сточные воды затопленных шахт, реки – водоприемники сточных вод, подземные воды на территории горных отводов, очистные сооружения шахтовых вод, дренажные воды подтопленных территорий.

Таблица изменения числа наблюдений за объектами мониторинга по годам
Объекты мониторинга 2002г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г.
Сточные воды Проб
Анализов
197
2081
152
2421
137
2455
90
1667
337
5058
463
8513
472
11718
Речные воды Проб
Анализов
137
3660
155
3066
157
2985
150
2780
140
2328
173
2820
200
4702
Итого: Проб
Анализов
334
5741
307
5521
294
5440
240
4447
477
7386
636
11333
672
16420

Число гидрохимических объектов мониторинга
Объекты мониторинга 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008
Сточные воды 75 127 119 75 130 167 162
Участки рек 48 63 79 78 60 65 70
Оч. сооружения 22 24 20 15 9 12 9
Подземные воды 25
Итого: 145 214 218 168 199 243 266

Многолетний мониторинг сточных вод затопленных шахт показывает на отсутствие четко выявленной тенденции в формировании состава сточных вод. Нет двух шахт, имеющих одинаковый состав сточных вод. Практически у каждой шахты имеются свои специфические показатели загрязнения воды, либо свой концентрационный интервал одних и тех же показателей.

Вся причина в том, что состав подземных вод, которые впоследствии выходят на дневную поверхность, формируется в специфичном для каждой шахты районе, со своим промышленным узлом предприятий на территории границ горного отвода. Формирование состава сточных вод имеет сезонную зависимость. Так как размеры депрессионных воронок затопленных шахт достаточно большие, они затягивают в горные выработки загрязненные ливневые и талые воды с окружающих территорий, сточные воды из негерметичных канали-зационных коллекторов, дренажные воды свалок и накопителей отходов производства.

Имеются также факты сбросов с рек в горные выработки шахт. Так, например, в 2006 г. русло реки было нарушено «черными копателями» на закрытом разрезе «Калининский», в результате чего вода ушла в горные выработки шахты им Калинина. После чего в шахте изменился водоприток и состав сточных вод, а весь предшествующий статистический ряд гидрохимических наблюдений нарушился и оказался непригодным для использования при составлении прогнозов. После восстановления русла сброс сточных вод стал чище.

В таком же положении оказался выпуск сточных вод шахты «Кольчугинская», когда в ее горные выработки стали закачивать сточные воды обогатительная фабрика «Ком-сомолец» и сточные воды шахта «Комсомолец». Мониторинг сточных вод сразу показал наличие в воде высокотоксичных веществ по биотесту (гипертоксичность) и скачкообраз-ные объемы сбрасываемых вод. С 2006г сброс шахты «Кольчугинская» – экологически опасный объект.

Сточные воды шахт с частным сектором на горном отводе содержат повышенные концентрации нитратов и азота аммиака, а также подвержены бактериальному загрязнению (шахта «Пионерка», г Белово и п.Бабанаково)

Наибольший резонанс в 2005 – 2008 гг. получила ситуация, связанная со сбросом сточных вод шахты «Байдаевская». Через два года после затопления шахты в КЦМПЭБ поступила претензия с Кузнецкой ТЭЦ об изменении качества воды в водозаборе электростанции, возросших затратах на водоподготовку. Все претензии предъявлялись к ликвидированной шахте как основному источнику повышенной щелочности воды.

Показатель щелочности, с самого начала организации мониторинга, контролирующими службами области никогда не ставился в перечень контролируемых. После получения претензии сточные воды всех ликвидируемых шахт области были исследованы на щелочность. Результат анализа показал, что всего три шахты: «Судженская», «Байдаевская» и «Северная» имеют повышенный показатель щелочности 26ммоль/л, 49 ммоль/л и 30 ммоль/л соответственно, а в остальных 14 шахтах от 19 до 5 ммоль/л. Сопутствующие показателю щелочности щелочные металлы калий и натрий также оказались самыми высокими в стоках этих шахт: натрий -1283мг/л, 2927мг/л и 1436мг/л, а калий - 9,5мг/л, 9,9мг/л и 8.8 мг/л соответственно. В остальных сточных водах натрий содержался в концентрациях 283-42 мг/л, а калий 5,2 - 3,8мг/л.

Указанные три шахты отличает от остальных шахт, то что они находятся вблизи промузлов городов Кемерово, Новокузнецка и Анжеро-Судженска с соответствующими предприятиями, попадающими в зону влияния депрессионной воронки. В городе Кемерово это предприятия бывшего военно-промышленного комплекса, в городе Новокузнецке – Алюминиевый завод, в городе Анжеро-Судженске – стекольный завод и залежи доломита.

Ежегодно объем сбрасываемых подземных шахтных вод из ликвидируемых шахт составляет 40,2 млн. м3, в том числе без очистки 34,4 млн. м3. В 2008 году общий объем сброшенных вредных веществ, содержащихся в сточных водах, составил 41,60 тыс.тонн. Результаты гидрохимических исследований, проводимых Кузбасским центром мониторинга производственной и экологической безопасности на территориях горных отводов шахт, показывают, что санитарные нормы качества при сбросе воды в водоемы значительно превышают ПДК.

В первую очередь – это взвешенные вещества, являющиеся основным и самым нестабильным показателем качества сточных вод, который зависит от неуправляемых гидро-динамических процессов, протекающих в выработанном пространстве затопленных шахт. Средние многолетние концентрации взвешенных веществ по данным КЦМПЭБ превышают санитарные нормы по всем шахтам в 1,4-7,8 раз. Качество сточной воды объединенного водоотлива на шахте «Тайбинская» в г.Киселевске многократно (в 2-4 раза) превышает ПДК по взвешенным веществам. Механические очистные сооружения шахты «Тайбинская» с момента начала ликвидации шахты не очищались от шлама и постепенно зашламовываются, в настоящее время сброс ведется, минуя очистные сооружения.

Сероводородное загрязнение также характерно для сточных вод ликвидируемых шахт. Сбросы шахты «Северная» содержат самые высокие концентрации сероводорода (0,4 мг/л) из числа ликвидируемых шахт. На шахтах им. Орджоникидзе, «Пионерка», «Красный Углекоп», «Ягуновская», им. Димитрова, «Бунгурская» содержание сероводорода составляет 0,015-0,023 мг/л (3-4 ПДК). На горных отводах ликвидируемых шахт, удаленных от промышленных объектов, загрязнение не превышает 7 ПДК.

Железо регистрируется во всех сточных водах всех шахт в интервале (по многолетним данным) от 0,11 мг/л (шахта «Бунгурская») до 4,4 мг/л (шахта «Северный Кандыш») и зависит от процессов выщелачивания железа из горных пород, количества оставленного металла в горных выработках и содержания железа в подземных водах, поступающих в горные выработки. Содержание железа в сточной воде оценивается относительно ПДК – 0,3 мг/л для участков рек коммунально-бытового назначения. Так как сброс загрязняющих веществ не нормирован, то качество сточных вод должно соответствовать ПДК речной воды в месте сброса.

Содержание тяжелых металлов в сточных водах на всех шахтах, за исключением шахт «Бунгурская», им. Калинина, «Тайбинская», «Смычка», превышает ПДК в 1,4-2,7 раза. Из определяемых тяжелых металлов при сбросе в реки коммунально-бытового назначения ПДК превышаются только по марганцу. Средне-многолетние концентрации марганца в шахтных водах находятся в интервале 0,045-0,96 мг/л.

Гидрохимический анализ сточных вод ликвидированных шахт показал, что на территории области продолжает происходить загрязнение не только подземных водотоков, но и поверхностных водных объектов, принимающих в свои русла шахтные воды, реки: Томь, Анжера, Мишиха, Малая Чесноковка, Большая Камышная, Б. Бачат, Аба, Кондома, ручей Калачиков лог.

Все это не может не вызывать нашего беспокойства. Особую тревогу вызывает то, что может быть прекращено финансирование муниципалитетов, которые занимаются водопонижением на бывших шахтных полях затопленных шахт через скважины, специально пробуренные и обустроенные глубинными насосами. Сбой в этой системе может привести к значительным подтоплениям территорий, которые в настоящее время пригодны для проживания местного населения и существования объектов инфраструктуры городов и рабочих поселков Кузбасса.

В связи с возможной дополнительной ликвидацией нерентабельных шахт в Кузнецком бассейне необходимо:

  1. провести предпроектные решения по реконструкции общей системы дренажа на шахтах по городам: Анжеро-Судженску, Ленинску-Кузнецкому, Белово, Киселевску, Прокопьевску, Новокузнецку, Междуреченску, в т.ч.
  2. организовать и создать единую режимную гидронаблюдательную сеть;
  3. основным видом управляемого дренажа подземных шахтовых вод следует считать откачку погружными насосными агрегатами и самоизлив воды (сброс) из шахты в речную сеть;
  4. предусмотреть строительство групповых очистных сооружений для очистки сбрасываемых шахтных вод;
  5. разработать и выполнить комплексные технические решения по предотвращению подтопления, заболачивания территорий, расположенных на горных отводах ликвидируемых шахт и прилегающих к ним застроенных территорий;
  6. проводить мониторинг на территории горных отводов и прилегающих территориях ликвидируемых шахт, с включением его в общегосударственную единую систему монито-ринга окружающей природной среды;
  7. пересмотреть нормативные документы по порядку ликвидации и консервации опасных производственных объектов, связанные с пользованием недрами и «Эталона проекта ликвидации шахты (разреза)», т.к. они не соответствуют законодательным актам;
  8. пересмотреть «Инструкции о порядке контроля за выделением газов на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт», 1998г.

Система экологического мониторинга на ликвидируемых шахтах имеет еще один важный аспект – экономический. Поскольку платежи за загрязнение окружающей среды базируются на сравнении установленных нормативов с фактическим состоянием природных объектов, очень важно иметь информацию об их изменениях, отраслевой экологический мониторинг позволит уточнить нормативы и лимиты на сбросы загрязняющих веществ и оптимизировать платежи за загрязнение окружающей природной среды.

 
ПОИСК ПО САЙТУ
© 2001-2017 ООО «ИнЭкА-консалтинг»
Контакты ИнЭкА:
+7 3843 720575
720579
720580
ineca@ineca.ru
создание сайтов