В онлайне: 1 (гостей - 1, участников - 0)  Вход | Регистрация

 
УДК 502.2:631.6.03:622.012.2

Использование геоинформационных систем в совершенствовании работы органов местного самоуправления


Гавришин А. И., профессор, Борисова В. Е., студентка 3 курса
Южно-Российский Государственный Политехнический Университет (НПИ) имени М. И. Платова

Рассмотрено негативное влияние на состояние окружающей среды угледобывающей промышленности в районе Восточного Донбасса на примере шахты Комиссаровская.

Наряду с традиционными отрицательными явлениями, такими как оседание земной поверхности, деформация горных пород, начали развиваться процессы подтопления территорий и породных отвалов, формирование аномальных по составу вод, выделение "мертвого воздуха" и многие другие. В гидрогеологической проблеме угледобывающих районов центральное место занимает гидрогеохимическая проблема - интенсивное изменение состава шахтных, подземных и поверхностных вод. Ярким представителем указанной ситуации являются воды шахты Комиссаровская в процессе её функционирования и после ликвидации.

Для определения направлений и особенностей изменения химического состава шахтных вод шахты Комиссаровская необходимо рассмотреть общие закономерности трансформации состава шахтных вод в Восточном Донбассе. Анализ этих закономерностей по результатам обобщения более 1500 анализов вод за столетний период (с 20-х годов прошлого столетия до 2010 г.) показал, что во все обследованные периоды выделяется четыре главных направления изменения химического состава шахтных вод. В таблице 1 приведены результаты выделения направлений по данным опробования шахтных вод в 1994 г. перед периодом массовой ликвидации угольных шахт региона.

Таблица 1 - Средний химический состав шахтных вод по гидрогеохимическим направлениям (мг и % - моль)

НаправлениерНHCO3SO4ClCaMgNaFeM
16.0360251526634920573011.14450
98011262648
27.651615777302901388733.44235
145333231859
37.84871489139617912413701.65055
104050111376
47.6121711058851078413501.14566
29343781082


По первому гидрогеохимическому направлению формируются кислые сульфатные шахтные воды, значения рН опускается до 2.2, содержание SO4 возрастает до 4.0-4.5, а минерализация - до 10 - 11 г/л; воды существенно обогащены Fe, Mn, Al, Cu и другими металлами. Генезис данного направления связан с интенсивным развитием в горных выработках процессов окисления серы и сульфидов. Типоморфными компонентами этих вод являются SO4 (высокое содержание) и НСО3 (низкое содержание). Воды шахты Комиссаровская относятся к первому направлению и характеризуются аномальным химическим составом.

Второе направление изменения состава шахтных вод приводит к формированию хлоридно-сульфатных шахтных вод, происхождение которых связано, как с процессами окисления серы, так и с притоком хлоридных подземных вод при углублении горных выработок. Типоморфными компонентами второго направления является SO4 и Cl (повышенное содержание).

В третьем гидрогеохимическом направлении еще больше усиливается роль хлоридных ионов, воды становятся сульфатно-хлоридными за счет притока хлоридных подземных вод на глубоких горизонтах отработки угольных пластов. Типоморфным компонентом направления является Cl (высокое содержание).

По четвертому направлению формируются оригинальные содовые шахтные воды с повышенным содержанием иона HCO3 и очень низкими содержаниями - Ca и Mg. Происхождение этих оригинальных вод обусловлено притоком в шахты содовых подземных вод, которые связаны с испарительно-конденсационными процессами и возможным наличием в регионе нефтегазовых скоплений.

При ликвидации некоторых угольных шахт в Восточном Донбассе начали формироваться воды аномального состава с очень высокой минерализацией и содержанием компонентов. Ярким примером указанной ситуации является шахта Комиссаровская.

Шахта Комиссаровская расположена к востоку от г. Гуково, у поселка Лихой, пущена в эксплуатацию в 1946 году. Шахта отрабатывала пласт k2н мощностью от 1 до 2м с породными прослоями. Разработка пласта велась системами с обрушением кровли и оставлением угольных целиков в выработанном пространстве. Глубина отработки составляла от 30 до 470м Ликвидация шахты "мокрым" способом, путем затопления выработанного пространства, начата в январе 1996г. Шахта затоплена практически полностью через 3.5 года. В 2000-2001г.г. затопленные выработки дренировались самоизливающимися скважинами №8993 и №8994, с августа 2001г. - скважиной №9083, а в конце 2009г. была пробурена скважина №58 в балке Дубовая глубиной 45 м, которая вскрыла затопленный горизонт на отметке +93 м. После сооружения скважины №58 изменился водный баланс затопленного техногенного горизонта шахты: выход шахтных вод на поверхность из скважин №9083, 3319 и по их затрубному пространству уменьшился более, чем в 2 раза и составляет около 35 м3/час, по новой скважине №58 расход составляет до 25 м3/час. Таким образом, общий расход шахтных вод, поступающих на поверхность, составляет порядка 60 м3/час.

Общая схема преобразования химического состава подземных вод в районе закрытия шахты Комиссаровская выглядит следующим образом. В области питания грунтовые воды (табл. 2) имеют весьма умеренную минерализацию (по величине сухого остатка) 1.2 г/л, содержание сульфатов - 531 мг/л, рН - 7.3, средний состав гидрокарбонатно-сульфатный магниево-кальциево-натриевый.

Таблица 2 - Химический состав шахтных вод ш. Комиссаровская (мг/л)

ОбъектMHCO3SO4ClCaMgNaFepH
Грунтовые воды124048653163151681790.317.3
Водоотлив-60г18003508501061241032660.47.8
Водоотлив-72-81г.2770261770115204190340155.2
Водоотлив-88-93г.330002150151250212435215.2
Среднее по шах.37002002242198200211641395.8
Скв.8993-2000г.15500757980010725095029001706.4
Скв.8994-2000г.1750025211500118330120028003336.2
Скв.9083-2001г.11190897672016130884015602125.9
Скв.9083-2002г.146406749260200411111020003175.9
Скв.9083-2003г.142505218880256561116014204056.1
Скв.9083-2004г.13360228855418850471721253306.3
Скв.9083-2005г.111905927650166420108811203706.2
Скв.9083-2006г.1034037263002405619237853206.1
Скв.9083-2007г.1036037864001355409548002906.2
Скв.9083-2008г.10130372620020150581310003306.1
Скв.9083-2009г.11224370702422349083511305136.1
Скв.9083-2010г.120103787436138430109514984426.2
Скв.9083-2011г.11422378736021669085815942676.2
Скв.9083-2012г.11513372768318767179718396656.1
Скв.9083-2013г.10480370713810648197213824626.1


Общий шахтный слив до 60х годов отличался от фоновых вод довольно незначительно, и средняя минерализация составляла 1.8 г/л, содержание сульфатов 850 мг/л, рН - 7.8; это свидетельствует о незначительном развитии процессов окисления впервые 20 лет отработки месторождения (табл. 2, рис.1). В 70е и начале 80х годов происходит снижение величины рН в среднем до 5.2, увеличение содержаний SO4 до 1770 мг/л и минерализации до 2.8 г/л, что свидетельствует об усилении процессов окисления сульфидов. В дальнейшем происходит постепенное нарастание окислительных процессов, что приводит к увеличению минерализации до 3-4 г/л, сульфатов до 2500 мг/л, в воде обнаруживаются значительные количества Fe до 27 мг/л и СО2 до 35 мг/л.

В конце 80х и начале 90х годов происходит дальнейшее постепенное повышение минерализации вод (до 3.3 г/л) и содержаний всех компонентов, особенно сульфат-иона (более 2г/л) и железа (до 40 мг/л). Средний состав шахтных вод за 46 лет (до ликвидации шахты приведён в табл. 2).

После закрытия (в 1996г.) шахты Комиссаровской началось постепенное заполнение природно-техногенного резервуара (выработанного и нарушенного отработкой пространства) подземными водами, которое в основном завершилось в 04.2000г., о чем свидетельствует подъем уровня и начало самоизлива из скважины 8993. Бурение скважин 8993 и 8994 и дальнейший самоизлив способствовали усилению водообмена в природно-техногенном резервуаре, обеспечили приток новых порций агрессивных вод из области питания и развитие процессов окисления. Состав воды в скважинах 8993 и 8994 существенно отличается от средне шахтного (во время эксплуатации шахты): значительно выше минерализация - до 15 - 17 г/л, преимущественно за счет роста содержаний SO4 (до 12 г/л), Na (до 3.4 г/л) и Mg (до 1.2 г/л). Увеличилась концентрация Fe (до 400 - 500 мг/л); обнаружены высокие содержания Mn (до 60 - 70 мг/л), NH4 (30 - 80 мг/л), NO3 (до 5 - 6 мг/л). Основной дренаж шахтных вод многие годы осуществлялся скважиной №9083, которая расположена на восточной окраине хутора Коммисаровский. Изливающаяся из скважин вода поступает в р. Лихую, загрязняя ее на многие километры. В этих водах обнаружены высокие содержания SO4 до 10 000 мг/л, Fe до 1000, Mn до 75, Sr до 5.2, Al до 1.5, Cr до 0.6, Co до 0.2, Ni до 0.6 мг/л и других микроэлементов.


Рис. 1 – Изменение химического состава вод в районе шахты Комиссаровская


Таким образом, надёжно установлено, что после ликвидации шахты Комиссаровская произошло подтопление территории, выход шахтных вод на поверхность, резкий рост минерализации вод и содержания всех компонентов.

Шахтные воды оказывают существенное влияние на формирование негативной ситуации в Восточном Донбассе. Вынос шахтными водами на поверхность растворенных веществ к настоящему времени превысил до ликвидационный период, когда он составлял 395 тыс. т/год (1992г.). Теперь вынос растворённых веществ составляет более 450 тыс. т/год, в том числе SO4 - 220, CL - 35, Ca - 30, Fe - 3 тыс. т/год.

В табл. 3 приведен вынос растворенных веществ и некоторых компонентов шахтными водами в гидрографическую сеть Восточного Донбасса. Наибольший вынос растворенных веществ, сульфат-иона и железа происходит в реку Грушевка (167, 91 и 2.5 тыс. т/год соответственно), Кундрючья (100, 50, 0.37), Кадамовка (91, 57, 0.76), Лихая (35, 17, 0.48). Наиболее загрязненным является бассейн р. Тузлов.

Таблица 3 - Вынос растворенных веществ и отдельных компонентов шахтными водами Восточного Донбасса в гидрографическую сеть

Бассейн, рекаПоказатели шахтных вод
Расход шахтных вод млн. м3/год Растворенные вещества тыс. т/год SO4 тыс. т/год Fe тыс. т/год М г/л pH
Б.Каменка4.019.48.20.0134.87.5
М.Каменка0.442.21.30,0125.16.5
Калитва0.42.41.30.0026.06.4
Лихая7.535.0170.484.77.0
Быстрая2.517.57.70.37.06.3
Кундрючья25100500.374.07.5
Всего Северский Донец40184861.24.57.3
Б.Несветай1.39.85.30.167.56.6
Грушевка22.8167912.57.56.6
Кадамовка7.690.7570.7611.96.2
Всего р. Тузлов31.42691553.48.66.6
Итого р. Дон72.44532414.66.37.0


Следовательно, большинство рек в Восточном Донбассе под влиянием сброса шахтных вод практически утратили водохозяйственное значение и рекреационную ценность. Сократились запасы, ухудшилось качество, вырос дефицит питьевых и технических природных вод.

После массовой ликвидации в Восточном Донбассе угольных шахт путём затопления, резко изменилось направление потока подземных вод. Раньше подземные воды дренировались действующими шахтами, теперь поток направлен из затопленных шахт во вмещающие горные породы. Такую ситуацию можно назвать "эффектом айсберга". Началось интенсивное формирование мощных потоков загрязнения подземных вод. Изменился даже средний состав подземных вод в регионе (табл. 4), в несколько раз возросли минерализация вод и содержания всех компонентов.

Таблица 4 - Средний состав грунтовых вод (мг/л и % - моль)

ДатарНHCO3SO4ClCaMgNaM
1955 г.7.435651786141531901250
315613362341
1999 г.7.256267276157912301510
36559313039
2006 г.7.172813621082821104612690
28657332146
2010 г.7.254213832982801314853029
196318302446
alt="Изменение химического состава вод в районе шахты Комиссаровская" border=0>

Подводя итоги, можно говорить, что анализ современных данных и применение метода классификации многомерных наблюдений позволили установить, что высокоминерализованные шахтные воды шахты Комиссаровской стали источником формирования интенсивных потоков загрязнения окружающей среды региона. Особенно резко снизилось качество поверхностных и подземных вод, которые стали непригодными для рыбохозяйственных и питьевых целей.

Библиографический список

  1. Гавришин А.И. Гидрогеохимические исследования с применением математической статистики и ЭВМ. М.: Недра, 1974. 146 с.
  2. Гавришин А. И. О генезисе маломинерализованных содовых вод Донбасса. // ДАН . 2005. Т. 404, № 5. С. 668-670.
  3. Гавришин А. И. Количественный анализ природных и техногенных гидрогеохимических закономерностей. // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка. 2012. №2. С. 37-42.
  4. Гавришин А.И., Климова Н.А. Закономерности формирования химического состава шахтных вод при отработке месторождений и ликвидации угольных шахт в Восточном Донбасса // Геоэкология. 2003. № 6. С. 526-539.
  5. Гавришин А.И., Корадини А. Многомерный классификационный метод и его применение при изучении природных объектов. М.: Недра, 1994. 92 с.
  6. Гавришин А.И., Корадини А. Происхождение и закономерности формирования химического состава подземных и шахтных вод в Восточном Донбассе. // Водные ресурсы. 2009. Т. 36, №5. С. 564-574.
  7. Колодий В.В. Подземные конденсационные и седиментационные воды нефтяных, газоконденсатных и газовых месторождений. Киев: Наук. думка, 1975. 124 с.
  8. Крайнов С.Р., Рыженко Б.Н., Швец В.М. Геохимия подземных вод. Теоретические, прикладные и экологические аспекты. М.: Наука, 2004. 677 с.
  9. Маломинерализованные воды глубоких горизонтов нефтегазоносных провинций / Под ред. Колодия В.В.. Киев: Наук. думка, 1985. 280 с.



26.12.15 10:53 | Tatiana (участник)
Здравствуйте!

Вниматеьно читала Вашу статьюЭ, не нашла информации об "Использовании ГИС" и "совершенствовании работ органов власти". Логично изложены материалы по экологической нагрузке на территории.

Все комментарии (1)

 

Разделы конференции »

  1. Государственный кадастр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.