Прогнозирование экологической безопасности населения на основе режимных наблюдений в угледобывающем регионе
ART 970935
Н.
И. СтуженкоБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Стуженко
Н.
И.,
Патякин
П.
А.,
Стуженко
И.
А. Прогнозирование экологической безопасности населения на основе режимных наблюдений в угледобывающем регионе // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2017. – Т. 39. – С.
3041–3045. – URL:
http://e-koncept.ru/2017/970935.htm.
Аннотация. В статье рассмотрены основные вопросы исследования состояния окружающей среды при реструктуризации угольной отрасли на территории Ростовской области. Приведены оценки влияния ликвидационных процессов на экологическую безопасность местных жителей. Дана характеристика применяемым методам режимных наблюдений.
Текст статьи
Стуженко Наталья Игоревна,Старший преподаватель кафедры «Строительство и техносферная безопасность» Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет», г.Шахтыn.stuzhenko@mail.ru
Патякин Павел Александрович,Исполнительный директор ООО НИЦ «ПРОМЭКС», г Шахтыnitspromeks@mail.ru
Стуженко Иван Александрович,Магистрант направления «Техносферная безопасность» Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет», г. Шахтыi.stuzhenko@mail.ru
Прогнозирование экологической безопасности населения на основе режимных наблюденийв угледобывающем регионе
Аннотация.В статье рассмотрены основные вопросы исследований состояния окружающейсреды при реструктуризации угольной отрасли на территории Ростовской области. Приведены оценки влияния ликвидационных процессов на экологическую безопасностьместных жителей.Дана характеристика применяемым методам режимных наблюдений. Ключевые слова:ликвидация, экологическая безопасность, техногенный риск,режимные наблюдения.
Угледобывающие регионы России на рубеже двадцатого –двадцать первого вековпретерпелизначительные измененияэкологического,экономического и социального характера. Источником масштабной трансформации облика указанных территорий является реструктуризация угольной промышленности, основным направлением которойстало закрытие неперспективных угольных шахт.Подобные организационнотехнические мероприятия затронули все стороны существованиясложившихся региональных социальноэкономических систем, в том числе нарушило экологическую безопасность региона [1].Сложившаяся неблагополучная экологическая обстановкаобъясняетсямногиминаучными, геологическими и производственными причинами. Вопервых, существует так называемая научная неопределённость, связанная с недостаточной исследованностью комплекса проблем ликвидации шахт. Вовторых, горный («углепородный») массив представляет сложную динамическую систему, характеризующуюся множеством объектов, которые находятся в постоянной связи. Втретьих, практически отсутствуют современные производственныеорганизации, укомплектованные кадрами и обеспеченные необходимойэкобиозащитнойтехникой и методикой работ. В то же время в результате комплексного воздействиятехногенных и природных факторов происходят неконтролируемые аварии и даже региональныекатастрофы, например, затопление крупной шахты «Западная» ООО «Ростовуголь».Научная неопределённость в совокупности со сложностью строениямассива горных породи многообразием проявления гидрогеологических и геомеханических процессов представляет важную теоретическую и практическуюпроблему. Многие из составляющих её вопросов до настоящего времени не решены специалистами в области безопасности жизнедеятельности.Решение задач оценки техногенного воздействия, сопровождающего ликвидацию шахт тем более актуально, потому что в результате нарушается экологическая безопасность населения шахтёрского региона и деградирует окружающая природная среда.Достаточно привести такой факт, согласно которому объём шахтных вод, поступающих в водоёмыРостовской области равен в среднем30653 тыс. м3/год, из них безочистки 3567тыс. м3[3].Анализ научных публикаций по проблеме, связанной с ликвидацией угольныхшахт в России, показывает, что источником многих неправильных технических и технологических решений служит недостоверная и несвоевременная информация о гидрогеологических и геомеханических процессах. Недостаточная достоверности информации, по мнению авторов, во многом связана с выполнением натурных наблюдений по устаревшей методике [4].Как правило, нарушаются одно или несколько правил получения данных, чтобы составить объективную картину в пространственновременных координатах для такой территории как угледобывающий регион. В первую очередь, для получения достоверной оценки экологической ситуации необходим представительный массиврезультатов, сопоставимых между собой. Требуемый объём данных можно обеспечить правильным выбором методических, метрологических и интерпретационных элементов и процедур[5, 6].
Ведущие специалисты научноисследовательских институтов, вузови производственных организаций, функционирующих в системе горнодобывающей и энергетической отраслей, считают, что ведущим фактором (катализатором)основных техногенных процессов, которые происходят в горном массивепри его затоплени,являются шахтные воды [712].Динамика подземной гидросферы инициирует множество важных для окружающей среды и местного населения экологически значимые осложнения, к которым, в первую очередь, следует отнести:
значительный подъём уровня подземныхводв литосфере региона;
необратимое изменение химического состава грунтовых вод;
образование многочисленных искусственныхводоёмов;
загрязнение поверхностной гидросферыи источников водоснабжения;
заболачивание и подтопление иотдельных участковместности;
засоление сельскохозяйственныхземель;
масштабное загрязнение почвы региона токсичными компонентами, включая соединения тяжёлых металлов и органические соединения;
миграция вредных газов в приземные слои горного массива и атмосферу;
деформация земной поверхности на территории горных отводов.
При этом процессы подтопления усиливаются на участков выхода на дневную поверхность тектонических нарушений, устьев горных выработок и буровых скважин, сообщающихся с выработанным пространством ликвидируемых шахт.Таким образом, анализ фактических материалов показывает, что в результате ликвидации шахт способомполного затопления велика вероятность нанесения урона окружающей среде, а, следовательно, снижения экологической безопасности населения.Из вышеизложенной информации вытекает необходимость оперативного региональногоконтролясостояния гидросферы, атмосферы и литосферы. В рамках выполнения экологических исследований специалисты должны выполнять следующие измеренияи наблюдения:
текущего уровня шахтных и грунтовых вод;
химическогоибактериологическогосостава подземных и поверхностных вод;
загрязнения поверхностной водной среды и источников водоснабжения при восстановлении уровня подземных вод;
образования искусственных подземных или поверхностных водоемов;
выделения загрязненного шахтного воздуха из горных выработок закрываемых шахт;
миграции и накопления вредных газовых смесей из шахт в подвалах жилых домов и административных зданий;
подтопления отдельных участков поверхности вследствие оседания земной толщи над выработанным пространством шахт;
засоления и загрязнения токсичными элементами плодородных почв.
Структурная схема измерительного комплекса для решения задач контроля за гидросферойизображена на рисунке 1.
Рис. 1.Структурная схема формирования измерительного комплексаВ соответствии с вышеуказанным перечнем задачмониторингаи предложенными методами определены следующие технические средства для их осуществления:
геофизические аппаратурные комплексыдля дискретных наблюдений за строением геологической среды;
мобильные и стационарныеприборы(комплексы)для измерения уровняшахтныхводиконтролязарежимом подземной атмосферы;
лабораторныекомплексы анализа;
пробоотборники;Классификация
исследуемых объектов АприорнаяинформацияФормирование комплексапризнаков объектов в гидросфереРазработка комплекса моделей объектов (процессов)Выбор рационального комплекса методов измеренийОпределение информативных признаковобъектов
БАНК ДАННЫХПараметры измерительных методов и средств
дистанционные автоматизированные системы контроля физикохимических параметров изливающихся на поверхность шахтных вод;
приборыконтроля измерительной аппаратуры и исследуемых процессов;
средств автоматической связи.Повышению эффективности оценки состояниябезопасности вугледобывающих районахРостовской области, по мнениюавторов, будет способствоватьсоздание комплексной информационноаналитической базы данных о состоянии экологической обстановки, источниках и элементах ее формирования, которую можно встроить в единую систему мониторинга России.Объективную оценкурегиональной природнотехнической системыможет обеспечить следующий комплекс взаимосвязанных измерительноаналитических процессов:
построение работы систем в дискретнонепрерывном режиме;
применение информационных технологий;
использование универсальных методов и технологий оценки.К комплексу предъявляются следующие техникоэкономические требования:
возможность изменения при изменении набора задач и совершенствовании техники управления(гибкость и открытость);
программная и техническая совместимость;
реализуемость;
надёжность.Опытные работы на территории Ростовской области подтвердили проектную надёжность прогнозных данных на уровне 8593% [1, 7].
Ссылки на источники1.Молев М.Д. Прогнозирование состояния техносфернойбезопасности: монография /М.Д. Молев, С.А. Масленников, И.А. Занина, Н.И. Стуженко –Шахты: 1.ИСОиП (филиал) ДГТУ, 2015. –113 с. 2.Экологический мониторинг ликвидации неперспективных шахт Восточного Донбасса / В.М. Еремеев [и др.]; под ред. В.М. Еремеева. –Шахты: Издво ЮРО АГН, 2001. –280 с.
3.Экологический вестник Дона. «О состоянии окружающей среды и природных ресурсов Ростовской области в 2012 году». http://www.eeccawater.net/file/ecodon.pdf.4.Молев М.Д. Методология контроля и прогнозированиясостояния углепородного массива //Горный информационноаналитический бюллетень. –2007. –№ 9. –С. 159162.5.5Molev M. D. Theoretical and experimental substantiation of construction regional security monitoring systems technosperic /M. D. Molev,S. G. Stradanchenko,
6.S. A. Maslennikov //ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. –2015. –No 16, September. –Pp. 67876788.7.Розенберг Г.С., Шитиков В.К., Брусиловский П.М. Экологическое прогнозирование. –Тольятти: Экологический институт РАН,1994. –182 с.8.Молев М.Д., Занина И.А., Стуженко Н.И. Научнометодические основы планирования экологически безопасных мероприятий по ликвидации угольных шахт // Горный информационноаналитический бюллетень. –2017. –№1. –С. 138145.
9.KokhanenkoV.N., DuvanskayaE.V., MolevM.D., ZaninaI.A., IlievA.G. The New Approach When Solving The Equation of The Extreme Current Line In The Problem of Free Spreading of A Turbulent Flow//International Journal of Applied Engineering Research. –2015. –Т. 10. –№4. –pp.1003310039.
10.Смирнов А.М. Основы геоэкологического мониторинга угольных шахт. –М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. –268 с.11.Молев М.Д., Масленников С.А.Техногенные риски населения больших городов: монография. –Шахты: ИСОиП (филиал) ДГТУ, 2016. –118 с.
12.Mokhov A.V. Water permeability of rock mass inside of zone of waterconducting subsidence cracks at the deposits of stone coals // Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft fur Geowissenschaften. Heft68, 2010. p.397.13.Molev M. D., Zanina I.A., Iliev A.G.Ecological safety monitoring of the territory of mining allotment at the stage of mines preservation //Mining Industry. –2015. –Volume 7, Issue 10. –Pp. 2125.
Патякин Павел Александрович,Исполнительный директор ООО НИЦ «ПРОМЭКС», г Шахтыnitspromeks@mail.ru
Стуженко Иван Александрович,Магистрант направления «Техносферная безопасность» Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет», г. Шахтыi.stuzhenko@mail.ru
Прогнозирование экологической безопасности населения на основе режимных наблюденийв угледобывающем регионе
Аннотация.В статье рассмотрены основные вопросы исследований состояния окружающейсреды при реструктуризации угольной отрасли на территории Ростовской области. Приведены оценки влияния ликвидационных процессов на экологическую безопасностьместных жителей.Дана характеристика применяемым методам режимных наблюдений. Ключевые слова:ликвидация, экологическая безопасность, техногенный риск,режимные наблюдения.
Угледобывающие регионы России на рубеже двадцатого –двадцать первого вековпретерпелизначительные измененияэкологического,экономического и социального характера. Источником масштабной трансформации облика указанных территорий является реструктуризация угольной промышленности, основным направлением которойстало закрытие неперспективных угольных шахт.Подобные организационнотехнические мероприятия затронули все стороны существованиясложившихся региональных социальноэкономических систем, в том числе нарушило экологическую безопасность региона [1].Сложившаяся неблагополучная экологическая обстановкаобъясняетсямногиминаучными, геологическими и производственными причинами. Вопервых, существует так называемая научная неопределённость, связанная с недостаточной исследованностью комплекса проблем ликвидации шахт. Вовторых, горный («углепородный») массив представляет сложную динамическую систему, характеризующуюся множеством объектов, которые находятся в постоянной связи. Втретьих, практически отсутствуют современные производственныеорганизации, укомплектованные кадрами и обеспеченные необходимойэкобиозащитнойтехникой и методикой работ. В то же время в результате комплексного воздействиятехногенных и природных факторов происходят неконтролируемые аварии и даже региональныекатастрофы, например, затопление крупной шахты «Западная» ООО «Ростовуголь».Научная неопределённость в совокупности со сложностью строениямассива горных породи многообразием проявления гидрогеологических и геомеханических процессов представляет важную теоретическую и практическуюпроблему. Многие из составляющих её вопросов до настоящего времени не решены специалистами в области безопасности жизнедеятельности.Решение задач оценки техногенного воздействия, сопровождающего ликвидацию шахт тем более актуально, потому что в результате нарушается экологическая безопасность населения шахтёрского региона и деградирует окружающая природная среда.Достаточно привести такой факт, согласно которому объём шахтных вод, поступающих в водоёмыРостовской области равен в среднем30653 тыс. м3/год, из них безочистки 3567тыс. м3[3].Анализ научных публикаций по проблеме, связанной с ликвидацией угольныхшахт в России, показывает, что источником многих неправильных технических и технологических решений служит недостоверная и несвоевременная информация о гидрогеологических и геомеханических процессах. Недостаточная достоверности информации, по мнению авторов, во многом связана с выполнением натурных наблюдений по устаревшей методике [4].Как правило, нарушаются одно или несколько правил получения данных, чтобы составить объективную картину в пространственновременных координатах для такой территории как угледобывающий регион. В первую очередь, для получения достоверной оценки экологической ситуации необходим представительный массиврезультатов, сопоставимых между собой. Требуемый объём данных можно обеспечить правильным выбором методических, метрологических и интерпретационных элементов и процедур[5, 6].
Ведущие специалисты научноисследовательских институтов, вузови производственных организаций, функционирующих в системе горнодобывающей и энергетической отраслей, считают, что ведущим фактором (катализатором)основных техногенных процессов, которые происходят в горном массивепри его затоплени,являются шахтные воды [712].Динамика подземной гидросферы инициирует множество важных для окружающей среды и местного населения экологически значимые осложнения, к которым, в первую очередь, следует отнести:
значительный подъём уровня подземныхводв литосфере региона;
необратимое изменение химического состава грунтовых вод;
образование многочисленных искусственныхводоёмов;
загрязнение поверхностной гидросферыи источников водоснабжения;
заболачивание и подтопление иотдельных участковместности;
засоление сельскохозяйственныхземель;
масштабное загрязнение почвы региона токсичными компонентами, включая соединения тяжёлых металлов и органические соединения;
миграция вредных газов в приземные слои горного массива и атмосферу;
деформация земной поверхности на территории горных отводов.
При этом процессы подтопления усиливаются на участков выхода на дневную поверхность тектонических нарушений, устьев горных выработок и буровых скважин, сообщающихся с выработанным пространством ликвидируемых шахт.Таким образом, анализ фактических материалов показывает, что в результате ликвидации шахт способомполного затопления велика вероятность нанесения урона окружающей среде, а, следовательно, снижения экологической безопасности населения.Из вышеизложенной информации вытекает необходимость оперативного региональногоконтролясостояния гидросферы, атмосферы и литосферы. В рамках выполнения экологических исследований специалисты должны выполнять следующие измеренияи наблюдения:
текущего уровня шахтных и грунтовых вод;
химическогоибактериологическогосостава подземных и поверхностных вод;
загрязнения поверхностной водной среды и источников водоснабжения при восстановлении уровня подземных вод;
образования искусственных подземных или поверхностных водоемов;
выделения загрязненного шахтного воздуха из горных выработок закрываемых шахт;
миграции и накопления вредных газовых смесей из шахт в подвалах жилых домов и административных зданий;
подтопления отдельных участков поверхности вследствие оседания земной толщи над выработанным пространством шахт;
засоления и загрязнения токсичными элементами плодородных почв.
Структурная схема измерительного комплекса для решения задач контроля за гидросферойизображена на рисунке 1.
Рис. 1.Структурная схема формирования измерительного комплексаВ соответствии с вышеуказанным перечнем задачмониторингаи предложенными методами определены следующие технические средства для их осуществления:
геофизические аппаратурные комплексыдля дискретных наблюдений за строением геологической среды;
мобильные и стационарныеприборы(комплексы)для измерения уровняшахтныхводиконтролязарежимом подземной атмосферы;
лабораторныекомплексы анализа;
пробоотборники;Классификация
исследуемых объектов АприорнаяинформацияФормирование комплексапризнаков объектов в гидросфереРазработка комплекса моделей объектов (процессов)Выбор рационального комплекса методов измеренийОпределение информативных признаковобъектов
БАНК ДАННЫХПараметры измерительных методов и средств
дистанционные автоматизированные системы контроля физикохимических параметров изливающихся на поверхность шахтных вод;
приборыконтроля измерительной аппаратуры и исследуемых процессов;
средств автоматической связи.Повышению эффективности оценки состояниябезопасности вугледобывающих районахРостовской области, по мнениюавторов, будет способствоватьсоздание комплексной информационноаналитической базы данных о состоянии экологической обстановки, источниках и элементах ее формирования, которую можно встроить в единую систему мониторинга России.Объективную оценкурегиональной природнотехнической системыможет обеспечить следующий комплекс взаимосвязанных измерительноаналитических процессов:
построение работы систем в дискретнонепрерывном режиме;
применение информационных технологий;
использование универсальных методов и технологий оценки.К комплексу предъявляются следующие техникоэкономические требования:
возможность изменения при изменении набора задач и совершенствовании техники управления(гибкость и открытость);
программная и техническая совместимость;
реализуемость;
надёжность.Опытные работы на территории Ростовской области подтвердили проектную надёжность прогнозных данных на уровне 8593% [1, 7].
Ссылки на источники1.Молев М.Д. Прогнозирование состояния техносфернойбезопасности: монография /М.Д. Молев, С.А. Масленников, И.А. Занина, Н.И. Стуженко –Шахты: 1.ИСОиП (филиал) ДГТУ, 2015. –113 с. 2.Экологический мониторинг ликвидации неперспективных шахт Восточного Донбасса / В.М. Еремеев [и др.]; под ред. В.М. Еремеева. –Шахты: Издво ЮРО АГН, 2001. –280 с.
3.Экологический вестник Дона. «О состоянии окружающей среды и природных ресурсов Ростовской области в 2012 году». http://www.eeccawater.net/file/ecodon.pdf.4.Молев М.Д. Методология контроля и прогнозированиясостояния углепородного массива //Горный информационноаналитический бюллетень. –2007. –№ 9. –С. 159162.5.5Molev M. D. Theoretical and experimental substantiation of construction regional security monitoring systems technosperic /M. D. Molev,S. G. Stradanchenko,
6.S. A. Maslennikov //ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. –2015. –No 16, September. –Pp. 67876788.7.Розенберг Г.С., Шитиков В.К., Брусиловский П.М. Экологическое прогнозирование. –Тольятти: Экологический институт РАН,1994. –182 с.8.Молев М.Д., Занина И.А., Стуженко Н.И. Научнометодические основы планирования экологически безопасных мероприятий по ликвидации угольных шахт // Горный информационноаналитический бюллетень. –2017. –№1. –С. 138145.
9.KokhanenkoV.N., DuvanskayaE.V., MolevM.D., ZaninaI.A., IlievA.G. The New Approach When Solving The Equation of The Extreme Current Line In The Problem of Free Spreading of A Turbulent Flow//International Journal of Applied Engineering Research. –2015. –Т. 10. –№4. –pp.1003310039.
10.Смирнов А.М. Основы геоэкологического мониторинга угольных шахт. –М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. –268 с.11.Молев М.Д., Масленников С.А.Техногенные риски населения больших городов: монография. –Шахты: ИСОиП (филиал) ДГТУ, 2016. –118 с.
12.Mokhov A.V. Water permeability of rock mass inside of zone of waterconducting subsidence cracks at the deposits of stone coals // Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft fur Geowissenschaften. Heft68, 2010. p.397.13.Molev M. D., Zanina I.A., Iliev A.G.Ecological safety monitoring of the territory of mining allotment at the stage of mines preservation //Mining Industry. –2015. –Volume 7, Issue 10. –Pp. 2125.
