Загрязнение воздушной среды на породном комплексе

Существующая технология разработки подземным способом связана с выдачей породы на поверхность и складированием ее в специально предусмотренные отвалы.

Порода из шахт выдается либо скинами, либо в вагонетках (первый способ более прогрессивный - снижаются затраты на тонну выдаваемой породы) и грузится в транспортные сосуды или переправляется ленточными конвейерами на погрузочные пункты. Перевозят породу к местам отвалообразования следующими видами транспорта: рельсовым узкоколейным по наклонному пути, канатными дорогами маятникового и кольцевого типа, автомобильным, железнодорожным.

Применяемый вид транспорта определяет форму отвалов и характер их формирования: при рельсовом узкоколейном транспорте по наклонному пути образуются конические отвалы (терриконики), с помощью подвесных канатных дорог формируются хребтовые отвалы, автомобильным и железнодорожным транспортом отсыпают породу в плоские отвалы.

Во время транспортировки и отсыпки породы в отвал выделяется пыль. При ветреной погоде загрязнение воздуха увеличивается.

В настоящее время практически всю породу, выдаваемую на поверхность шахты складируют в отвалы. Таких отвалов около 2,1 тыс. (из них примерно 1,5 тыс. в Донбассе). В отвалах насчитывается более 2,5 млрд. т. породы, вместе с которой туда попали горючие вещества (уголь, углистые сланцы, пирит). Содержание углистого вещества в выдаваемых из шахт породах значительно колеблется (по Донецкому бассейну - от 5 до 15%). В Донбассе потери угля с отвальной массой составляют 2,9 млн. т в год. В основном это уголь мелкого класса.

Вместе со сростками породы, углистыми и сернистыми породами уголь образует массу, склонную к окислению, в результате которого происходит ее самонагревание и самовозгорание в отвалах.

Следует иметь в виду, что не только состав, но и строение отвалов влияет на самовозгорание массы. Наиболее благоприятные условия для этого создаются на терриконах и хребтовых отвалах, у которых при сегрегации горючие вещества накапливаются в верхней части отвала и имеется достаточный приток воздуха. Самовозгорание может возникнуть и от внешних причин (источники огня).

Атмосфера загрязняется вредными газами (СО, SO₂, NO_x, Н₂S, и др.). Горение породы на действующих отвалах носит очаговый устойчивый характер и может продолжаться годами и даже десятилетиями. При этом температура в зоне горения может достигать 800 - 1200 ^оС, а в атмосферу выделяются ежегодно тысячи тонн оксидов углерода, сотни тонн диоксида серы и сероводорода, десятки тонн оксида азота, образуется много золы, в состав которой входят оксиды фосфора, мышьяка и более 60 микроэлементов, среди которых одни (ртуть, бериллий, кобальт, титан) уносятся в атмосферу, другие обогащают тело отвала (фосфор, молибден, хром, мышьяк, свинец, литий и др.), третьи выщелачиваются атмосферными осадками, загрязняют почву и другие природные среды. Загрязнение почвы выбросами в атмосферу происходит также в связи с оседанием твердых частичек выбросов (зола, пыль, сажа), поглощением газов почвой захватом загрязнений облаками с последующим вымыванием осадками и зависит; от особенностей источников загрязнения, метеорологических особенностей региона, геохимических факторов ландшафтной обстановки в целом.

В ходе переноса промышленных выбросов техногенным потоком имеет место трансформация материалов-загрязнителей. Вещества загрязнители, создавая техногенные потоки, могут распространяться на значительные расстояния от источника (до 40 км), образуя при взаимодействии с осадками кислотные дожди. Пирит, служащий основным источником поступления в почву серной кислоты, быстро окисляется и воздействует на почву непосредственно вблизи источника загрязнения.

Растворы, которые проникают в почву с отвалов, нередко имеют высокие концентрации серной кислоты, сульфатов, что способствует переходу отдельных элементов в подвижные формы. Более устойчивые к выветриванию уголь и углефицированная порода переносятся на значительные расстояния и служат источником поступления в почву серы и тяжелых металлов. Это объясняется тем, что в результате воздействия на поверхность отвалов температуры, осадков, ветра, внутреннего тепла крупные куски породы рассыпаются до размеров пыли, которую в сухую погоду сдувает ветер и уносит на значительные расстояния, загрязняя атмосферу. Имеет место ветровая эрозия. В 150 м от отвала концентрация пыли при скорости ветра 3,5 м/с и влажности воздуха 90 % может достигать 10-15 мг/м³.

Эрозийному процессу способствуют оползновения отвалов, возникающие вследствие их горения, переувлажнение пород осадками, перегрузки оснований. При этом вскрываются полости очагов горения, места скопления перегоревшей породы, тонкой дисперсной пыли и вредных газов. Ветровой эрозии подвергаются большинство отвалов, расположенных на территории Донбасса, что увеличивает запыленность и загазованность атмосферы региона.

По характеру и степени техногенного загрязнения выбросами в атмосферу в зоне действия угледобывающей промышленности выделяются три зоны:

- зона максимального непосредственного загрязнения, 0,1-0,5 км от источника загрязнения (вокруг отвала, например, концентрации диоксида углерода и оксидов, серы на расстоянии 300 м от горящего отвала могут достигать 125 и 1,65 мг/м³ соответственно. Чернозем утрачивает по всем параметрам присущие ему свойства до глубины 60 см);

- транзитная, 0,5-2 км; характерно повышенное содержание серы, декальцинация поглощающего комплекса до глубины 40 см;

- аккумулятивная, 2-5 км; выделяется повышенным содержанием углерода тяжелых металлов в пахотном горизонте почвы.

"Кислотные" дожди, которые образуются при избытке в атмосфере соединений серы, азота и углерода, поступая в почву региона, способствуют вымыванию катионов кальция и появлению поглощенного водорода, что приводит, прежде всего, к ухудшению физических свойств этих и без того бедных кальцием почв. Чернозёмы Донбасса, подвергшиеся техногенному загрязнению, приобретают нехарактерную для них кислую реакцию. Известно, что почвы обладают способностью депонировать загрязняющие вещества и могут быть длительное время вторичным источником загрязнения. Загрязнение атмосферы и почвогрунтов сказывается на состоянии водной среды. Кроме того, подземные и поверхностные воды имеют гидравлическую взаимосвязь, в результате чего загрязнение поверхностных вод токсичными и вредными химическими веществами влечет за собой загрязнения подземных вод и наоборот.