30. Экологическое состояние территории Кизеловского угольного бассейна (Генеральный директор Уральского центра социально-экологического мониторинга Р.Т. Сафин)

30.1. Общие положения

Кизеловский угольный бассейн относится к числу старейших горнодобывающих районов России. Его промышленная эксплуатация продолжалась более 200 лет. За этот период добыто из недр земли более 500 млн т. угля, что сыграло определенную роль в обеспечении потребностей страны высококачественным твердым углеводородным топливом.

В сооответствии с действующей программой реструктуризации угольной промышленности России, осуществляемой с 1993 г., началось поэтапное закрытие особо убыточных и нерентабельных шахт Кизеловского угольного бассейна, которое завершилось в 1998 г. За этот период проведены необходимые технические работы по закрытию шахт и соответствующие социальные мероприятия, обеспечивающие жизнедеятельность населённых пунктов на территориях закрытых шахт бассейна.

За период своей промышленной эксплуатации угольные шахты бассейна оказали существенное негативное воздействие на все компоненты окружающей природной среды, вызвав нежелательные ее изменения. Во всех случаях это воздействие проявилось в деградации природного ландшафта и загрязнения водных источников, атмосферного воздуха и почв твердыми, жидкими и пылегазообразными отходами производства в количествах, зачастую в десятки и сотни раз превышающих предельно допустимые концентрации. Это негативное воздействие имеет место и сейчас, хотя полностью прекращена хозяйственная деятельность угольных предприятий и активно ведутся природоохранные работы. Все это продолжает нарушать сбалансированность природной среды в регионе и вызывает необходимость проведения специальных средозащитных и средовосстановительных мероприятий в районах размещения ликвидированных шахт.

К настоящему времени на закрытых шахтах Кизеловского угольного бассейна накоплен определенный положительный опыт по защите окружающей среды от техногенных загрязнений, создана опорная сеть и развернуты мониторинговые наблюдения за состоянием водных объектов, породных отвалов и промплощадок шахт, геодинамическими изменениями земной поверхности и социальными последствиями на всех углепромышленных территориях бассейна, результаты которых используются при принятии оперативных решений в текущем и перспективном планировании реализации природоохранных мероприятий, направленных на экологическую реабилитацию территории с целью улучшения качества природной среды.

30.2. Источники загрязнения водных ресурсов

В гидрогеологическом отношении Кизеловский угольный бассейн относится к группе сложных. Преобладающее развитие имеют трещинно-карстовые воды, что определяется широким распространением карстующихся карбонатных пород. По составу эти подземные воды преимущественно гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, иногда со значительным содержанием калия и натрия.

Отличительной особенностью Кизеловского угольного бассейна является то обстоятельство, что почти на всех шахтах горные работы велись под закарстованными и сильно обводненными карбонатными отложениями визейского яруса. При отработке на шахтном поле 2-3 угольных пластов суммарной вынимаемой мощностью до 5 м и более карбонатные породы визейского яруса подвергаются значительному техногенному воздействию. В результате исследований, проведенных институтом ВНИМИ во время ведения эксплуатационных горных работ на шахтах, техногенная трещиноватость при обрушении массива горных пород над выработанным пространством лав составляет до 40 суммарных вынимаемых мощностей угольных пластов, т.е. техногенная трещиноватость над выработанным пространством шахт распространяется до 200 м и более.

В этих условиях техногенные трещины выходят за пределы угленосной толщи и достигают верхневизейской сильно обводненной карбонатной толщи.

Трещинно-карстовые подземные воды по этим техногенным трещинам, а также по зонам крупных тектонических нарушений проникают в горные выработки шахт, формируя тем самым шахтный водоотлив.

Наибольшее техногенное воздействие при ведении горных работ естественно испытывают терригенные отложения угленосной толщи. Подземные воды угленосных отложений принимают прямое участие в обводнении горных выработок на всех шахтах бассейна и дренируются в первую очередь. Но в связи с довольно ограниченной обводненностью пород угленосной толщи, объем шахтного водопритока за счет них составлял 400–600 м3/ч.

На тех же шахтах, где в формировании шахтных водопритоков участвовали подземные воды карбонатных отложений верхневизейского водоносного горизонта, объем шахтного водопритока достигал 1500–2500 м3/ч.

Трещинно-карстовые воды турнейского яруса нижнего карбона, верхнего и среднего девона практически не принимали участия в обводнении горных выработок за исключением отдельных случаев при их непосредственном пересечении.

Подземные воды, имея нейтральную слабощелочную среду и попадая в горные выработки, в условиях повышенного содержания кислорода в атмосфере, начинают постепенное выщелачивание пирита из угля и вмещающих пород, приобретая тем самым кислую среду и обогащаясь значительным содержанием загрязняющих компонентов. Проходя по выработанному пространству и другим горным выработкам, поступившие в шахту подземные воды обогащаются сернокислыми солями железа, алюминия, кальция, магния и другими загрязняющими микроэлементами.

Значение кислотности и минерализации шахтных вод по шахтам бассейна во время их работы изменялись в широких пределах. Они зависели в основном от величины водопритока в горные выработки и площади выработанного пространства.
Так, на шахте им. Ленина, одной из наиболее обводненных шахт в бассейне, во время ее работы кислотность шахтной воды на общем сливе составляла порядка 3 мг-экв/л, минерализация – 1,1 г/л. На шахтах Коспашская, Центральная, им. Крупской, характеризующихся гораздо меньшими притоками и большей площадью выработанного пространства, кислотность шахтной воды на общем сливе была равна 40–90 мг-экв/л, минерализация 3,9–7,5 г/л.

Затопление ликвидированных шахт вызвало значительные изменения в сложившейся во время работы шахт гидрогеологической обстановке.

Кардинально изменился по сравнению с периодом эксплуатации шахт гидродинамический режим подземных вод. Уровень подземных вод в визейском водоносном комплексе, игравшем во время эксплуатации шахт основную роль в формировании шахтного водопритока, восстановился на 200–300 м (Главная Кизеловская антиклиналь). Уровни подземных вод, дренированных при ведении горных работ на полях шахт Гремячинской, Косьвинской, Коспашско-Полуденной синклиналей, Главной Кизеловской антиклинали, в настоящее время восстановились и приближаются к естественным.

Отмечается следующая закономерность в изменении химического состава шахтных вод, изливающихся на поверхность. В начале излива загрязненность их является максимальной и превышает величину загрязнения при работе шахт. После полного затопления шахт резко снижается поступление кислорода в горные выработки, что сопровождается замедлением процессов разложения пирита и образованием сульфатов, железа, алюминия. В процессе водообмена загрязненные шахтные воды постепенно вытесняются на поверхность менее загрязненными. Происходит снижение концентрации основных загрязняющих компонентов, сменяющееся стабилизацией химического состава шахтных вод на уровне более низком, чем в период эксплуатации шахт.

Проведенный в последние годы институтом МНИИЭКО ТЭК анализ изменения химического состава шахтных вод по ранее закрытым шахтам (Усьва-3, Первомайская 13-14, имени Чкалова) позволил сделать предположение, что примерно через 10 лет после начала излива шахтной воды на поверхность начинается снижение концентрации загрязняющих веществ и просматривается тенденция к их стабилизации.

Закрытие шахт Кизеловского угольного бассейна положительно повлияло на динамику при­родоохранных показателей и экологическую ситуацию.

Однако прекращение хозяйственной деятельности предприятий не означает одновременного прекращения их воздействия на окружающую природную среду.

По данным мониторинга на территории Кизеловского угольного бассейна наблюдается 13 постоянно действующих изливов шахтных вод. Общий объем изливов шахтных вод за 2007 г. составил около 15 млн м3 (табл. 30.1).

Таблица 30.1

Объем изливов шахтных вод (тыс. м3)

№ п/п

Годы

Бассейн реки Яйва

Бассейн реки Косьва

Бассейн реки Чусовая

ИТОГО

1

1993

62837

15954

9818

88609

2

1994

68980

12849

4602

86431

3

1995

61095

10093

3848

75036

4

1996

49508

10825

3554

63887

5

1997

32863

8152

3501

44516

6

1998

13061

1296

1098

15455

7

2001

581

5251

3072

8904

8

2002

1445

15291

7942

24678

9

2003

1555

10074

3481

15110

10

2004

499

13242

3299

17040

11

2005

821

9257

3022

13100

12

2006

1540

6580

4670

12790

13

2007

1800

8081

5098

14979

Анализ данных таблицы свидетельствует о том, что расход шахтных вод в целом снизился по сравнению с периодом активной работы шахт в 5–6 раз. При этом снижение поступления шахтных вод в бассейны основных рек-приемников неодинаково. Наибольшее снижение произошло по бассейну р. Яйва (в 35–37 раз), по бассейнам р. Косьва и Чусовая поступления шахтных вод уменьшилось 2–3 раза. Необходимо отметить, что снижение объемов шахтных вод, поступающих в реки-приемники, не привело к улучшению качества речных вод р. Косьва и Чусовая, т.к. концентрация загрязняющих веществ в шахтных водах увеличилась и, как следствие, возросла масса сброса загрязняющих веществ. Анализируя динамику поступления загрязняющих веществ в водоемы, можно сделать вывод об ухудшении качества речных вод. В 2007 г. сброс железа составил по бассейну р. Косьва 11309 т/год, бассейну р. Чусовая 4613,3 т/год, что значительно превышает массу сброса в период активной работы шахт. По остальным загрязняющим компонентам наблюдается аналогичная картина (табл.30.2, 30.3).

Таблица 30.2

Сброс основных загрязняющих веществ в бассейн реки Косьва (т/год)

№ п/п

Годы

СО

SO4

Fe

Al

Mn

Zn

1

1993

27509,7

18301,8

1595,21

762,99

41,91

6,68

2

1994

22202,0

16113,0

4960,88

706,51

45,18

14,41

3

1995

5367,0

3140,0

731,65

179,19

23,80

9,54

4

1996

-

-

-

-

-

-

5

1997

1967,0

725,0

199,60

130,64

17,85

6,89

6

1998

551,0

252,0

88,23

59,73

1,04

0,42

7

1999

-

-

-

-

-

-

8

2000

-

-

-

-

-

-

9

2001

56227,7

31695,6

10630,62

563,31

132,44

4,52

10

2002

143930,8

75281,4

27815,83

1472,68

339,43

10,72

11

2003

94024,6

54748,5

21549,64

925,37

262,11

6,98

12

2004

87224,7

43899,9

20462,70

900,89

296,02

8,66

13

2005

65701,0

37625,0

15868,00

601,00

208,00

6,00

14

2006

52504,3

22397,8

11991,60

647,30

150,80

3,69

15

2007

46315,8

21522,3

11309,00

334,70

138,40

3,84

Таблица 30.3

Сброс основных загрязняющих веществ в бассейн реки Чусовая (т/год)

№ п/п

Годы

СО

SO4

Fe

Al

Mn

Zn

1

1993

20074,2

13638,5

3506,54

492,08

55,45

10,58

2

1994

4691,0

2988,0

508,63

51,57

15,46

5,97

3

1995

1959,0

1015,0

265,86

60,69

8,01

3,05

4

1996

-

-

-

-

-

-

5

1997

1942,0

852,0

273,34

243,04

7,35

2,80

6

1998

673,0

319,0

92,41

82,27

2,31

0,88

7

1999

-

-

-

-

-

-

8

2000

-

-

-

-

-

-

9

2001

23574,9

14189,0

4008,64

457,79

54,06

2,89

10

2002

46466,7

26621,1

7892,08

933,89

105,43

5,72

11

2003

22710,7

13682,6

3293,46

337,56

41,78

2,09

12

2004

20414,1

12279,2

4090,50

418,65

54,66

2,13

13

2005

14642,0

9149,0

2890,00

279,00

37,00

2,00

14

2006

22566,1

11822,6

4863,80

404,10

53,50

2,01

15

2007

24562,0

11561,5

4613,30

384,10

55,10

2,43

Наиболее благоприятная ситуация наблюдается по бассейну р. Яйва. Сброс основных загрязняющих компонентов шахтных вод здесь значительно снижен (табл.30.4), что позволило улучшить качество воды.

Таблица 30.4

Сброс основных загрязняющих веществ в бассейн реки Яйва (т/год)

№ п/п

Годы

СО

SO4

Fe

Al

Mn

Zn

1

1993

161363,7

101629,2

22305,64

4004,10

310,36

48,73

2

1994

171296,0

115879,0

24781,29

3990,46

337,51

53,42

3

1995

93310,6

51855,0

16643,88

4548,24

260,26

42,08

4

1996

-

-

-

-

-

-

5

1997

44273,0

20052,0

7001,99

6493,97

119,53

11,16

6

1998

14156,2

8027,0

2331,60

2487,25

68,56

4,29

7

1999

-

-

-

-

-

-

8

2000

-

-

-

-

-

-

9

2001

1203,7

732,9

228,86

24,74

38,89

0,16

10

2002

8990,1

4900,8

1590,95

168,25

14,85

0,49

11

2003

11526,1

6537,2

890,70

84,95

5,79

0,09

12

2004

3280,1

1862,2

655,10

50,30

7,03

0,20

13

2005

20947,0

3082,0

4090,00

580,00

51,00

0,15

14

2006

30710,4

15881,8

5113,50

620,40

74,93

2,61

15

2007

37841,6

16613,6

7705,20

597,90

96,90

2,50

Определенный вклад в загрязнение поверхностных водоемов вносят стоки из-под породных отвалов. Несмотря на то, что объем стока относительно невелик (около 200 тыс. м3/год) концентрации загрязняющих веществ весьма значительны. Однако оценивая долю загрязнения, вносимую в общую картину загрязнения поверхностных водоемов, можно отметить его незначительную роль в формировании этого загрязнения (не выше 5–6 %).

Вполне естественно, что сброс большого количества загрязняющих веществ в водоемы-приемники создает достаточно высокий уровень загрязнения основных рек бассейна. Наиболее высокие концентрации загрязняющих веществ, присутствующих в водоеме, отмечаются вблизи изливов шахтных вод. В результате разбавления за счет ручьев и поверхностного стока в устьях р. Яйва, Косьва и Усьва концентрации загрязняющих веществ значительно снижаются.

По данным лаборатории ООО «Фонд мониторинг» за 2007 г. в устье р. Яйвы наблюдалось превышение по содержанию железа от 2 до 7 ПДК, в устье р. Косьвы – от 7 до 10 ПДК и в устье р. Усьвы – от 1,5 до 7 ПДК. Превышение ПДК по алюминию в этих створах зафиксировано только в устье р. Косьвы, по остальным загрязняющим компонентам, специфичным для шахтных вод, в устьях этих рек не отмечалось.

По данным Пермского ЦГМС в контрольных створах р. Косьва ниже г. Губаха среднегодовые концентрации выше ПДК отмечались: по марганцу – 16 ПДК, фенолам 3 ПДК, железу общему – 54 ПДК (в 2006 г. – 55 ПДК), максимальные концентрации которого, как и в 2006 г., неоднократно достигали уровня экстремально высокого загрязнения водного объекта (ЭВЗ): в январе – 93 ПДК, феврале – 69 ПДК, апреле – 85, августе – 86, ноябре и декабре 65 ПДК.

Таким образом, анализируя уровни загрязнения поверхностных водоемов-приемников шахтных вод, можно сделать вывод о том, что малые реки Кизеловского угольного бассейна практически выведены из народно-хозяйственного оборота, а по большим рекам отмечаются достаточно высокое превышение по ряду загрязняющих компонентов (железу и алюминию).

30.3. Загрязнение атмосферного воздуха

Состояние атмосферного воздуха в районах функционирования предприятий угольной отрасли определяется параметрами выбросов вредных веществ в атмосферу, зависящими от объема их образования, количествам уловленных веществ и количествам веществ, выбрасываемых без очистки.

Источниками загрязнения воздуха являются промышленные и коммунально-бытовые котельные, угольные склады, узлы пересыпки угля и горной массы, системы аспирации и пылящие породные отвалы.

В 1992 г. всеми источниками предприятий ОАО «Кизелуголь» было выброшено в атмосферу 25,9 тыс. т загрязняющих веществ, в том числе 6,3 тыс. т твердых (24,3 % общего выброса) и 19,6 тыс. т газообразных (75,7 %), из которых 16,05 тыс. т (81,9 % всех газообразных) – сернистый ангидрид. С этого периода происходит постоянное снижение выбросов вредных веществ в атмосферный воздух, что связано с началом реструктуризации отрасли, а именно закрытием шахт и переводом на газ угольных котельных. К 2000 г. выбросы от источников ОАО «Кизелуголь» практически сведены к нулю и на атмосферный воздух не оказывается какого-либо вредного влияния.

30.4. Земельные ресурсы

Разработка месторождений подземным способом требует значительно меньших территорий под земельный отвод и не вызывает таких значительных нарушений природных ландшафтов, как открытые горные работы. Изменения строения недр и земной поверхности в этом случае связаны главным образом с деформацией горных пород в надугольной толще. В результате, в подработанной горными работами толще пород образуются многочисленные зоны водопроводящих трещин, на поверхности появляются провалы, прогибы, затопленные и заболоченные участки, изменяется водно-солевой баланс зоны аэрации.

Проблема негативного воздействия обостряется в связи с сосредоточением промышленного потенциала угледобывающего производства в результате комплексного размещения шахт, котельных, углеобогатительных фабрик и вспомогательных подразделений вместе с их транспортной инфраструктурой, что приводит к изъятию земель из оборота, нарушению ландшафта, деформации земной поверхности, загрязнению атмосферного воздуха.
Общая площадь отработанных земель в бассейне составляет 675,3 га. Основная доля нарушенных земель (около 90 %) приходится на промплощадки и земли под отвалами и терриконами.

30.5. Отходы производства

Вопросы использования отходов производства (пород вскрышных и вмещающих, отходов обогащения угля) имеют как экономические, так и экологические аспекты.

Хранение пород в отвалах сопровождается такими негативными последствиями, как загрязнение воздушного бассейна породной и угольной пылью, а при самовозгорании пород – вредными газами (оксиды углерода, серы, азота, сероводорода), грунтовых и поверхностных вод, так и изъятие из хозяйственного оборота зачастую ценных сельскохозяйственных и других земель. Породные отвалы изменяют и ухудшают ландшафт. В то же время находящаяся в отвалах порода может быть использована с достаточной степенью эффективности: в качестве строительного материала, при планировке местности, для изготовления строительных материалов и изделий (кирпича, гравия и др.), в качестве сырья для получения ценных материалов и т.п.

За годы ликвидации предприятий бассейна использование пород составило более 500 тыс. м3, что является положительным фактором.

Тем не менее в отвалах (плоских и террикониках) продолжает оставаться свыше 27 млн м3 вмещающих пород и отходов углеобогащения, в том числе 4,2 млн м3 перегоревших пород.

30.6. СЛОЖИВШИЕСЯ НАПРАВЛЕНИЯ И ПРИОРИТЕТЫ ПРИРОДООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В КИЗЕЛОВСКОМ УГОЛЬНОМ БАССЕЙНЕ

Перспективы повышения экологической безопасности в Кизеловском угольном бассейне теснейшим образом связаны с принятыми приоритетами и технической политикой.

Расстановка приоритетов в системе разработки и осуществления природоохранных мероприятий зависит в основном от степени антропогенного воздействия на природную среду и от степени ее реакции на это воздействие. Кроме этого, в качестве основополагающих причин расстановки приоритетов необходимо учитывать природно-климатические, экономические, социальные и демографические факторы.

С учетом специфики продолжающегося воздействия техногенных факторов на природную среду и требований времени в качестве основных приоритетов природоохранной деятельности в Кизеловском угольном бассейне на ближайшую перспективу приняты:

Подтверждение принятая система приоритетов нашла в своем отражении в проекте природоохранных мероприятий, направленных на восстановление состояния природной среды на территории Кизеловского угольного бассейна.

Анализируя и оценивая степень воздействия негативных факторов на состояние природной среды на территории Кизеловского угольного бассейна, можно сделать вывод о том, что более 98 % ущерба, наносимого природной среде, связано с проблемами загрязнения поверхностных водоемов загрязненными шахтными водами и стоками породных отвалов.

Исходя из степени вредного воздействия на окружающую природную среду, в ближайшее время необходимо реализовать следующие мероприятия:

Реализация данных мероприятий позволит в корне изменить экологическую ситуацию в Кизеловском угольном бассейне и реабилитировать территорию.