Опыт контроля гидрогеологической среды в угледобывающем регионе
ART 970592
Авторы:
М.
Д. Молев, Е.
В. Киреев
М.
Д. Молев, Е.
В. Киреев Библиографическое описание статьи для цитирования:
Молев
М.
Д.,
Киреев
Е.
В. Опыт контроля гидрогеологической среды в угледобывающем регионе // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2017. – Т. 39. – С.
1326–1330. – URL:
http://e-koncept.ru/2017/970592.htm.
Аннотация. В статье представлены результаты исследований состояния геологической среды при ликвидации угольных шахт. Приведены оценки влияния шахтных вод на подземные воды. Дана характеристика применяемым методам и средствам получения информации о состоянии подземной гидросферы.
Текст статьи
Молев Михаил Дмитриевич,доктор технических наук,профессор кафедры «Строительство и техносферная безопасность»Институтасферы обслуживания и предпринимательства(филиала)ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет»,
г. Шахты2playrnd14716@aaanet.ru
КиреевЕвгений Владимирович,магистрант направления «Техносферная безопасность» Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет», г. Шахтыev_kireev@gmail.com
Опыт контролягидрогеологической среды в угледобывающем регионе
Аннотация.В статье представлены результаты исследований состояния геологической среды при ликвидации угольных шахт. Приведены оценки влияния шахтных вод на подземные воды.Дана характеристика применяемымметодам и средствам получения информации о состоянии подземной гидросферы. Ключевые слова:подземная гидросфера, экосистемы, техногенные изменения, мониторинг.
Экосистемы угледобывающих районов Российской Федерациив процессемасштабной ликвидациишахт претерпевают значительные необратимые изменения, становятся неустойчивыми по отношению к антропогенным воздействиям. Подобные нарушениясложившихся региональных экологических систем и природных ландшафтов вызывают настоятельную необходимость проведения специальных наблюдений и природоохранных мероприятий, в том числе на территориях расположения ликвидируемых шахт. Так, наРоссийский Донбасс(Ростовская область)приходится существенный объём загрязнённых стоков –в среднем 62 млн. м3ежегодно. Общий объём шахтных вод, поступающих в водные объекты области, составляет 30653 тыс. м3/год, из них проходит очистку 24020 тыс. м3, сбрасывается в гидрографическую сеть безочистки 3566,7тыс.м3.Минерализация шахтной воды колеблется от 3,6 г/дм3до 61,6 г/дм3. При этомшахтные воды характеризуются аномально высоким содержанием сульфатов (12259 ПДК), железа (3–3370 ПДК), марганца (до 64 ПДК), магния, алюминия, меди, стронция[1].Типичное содержание примесей в дренажныхстокахотражено в таблице.Таблица 1Характеристика химического состава дренажных шахтных вод
ШахтыХимические элементы и вещества, мг/дм3Кальций
Магний
Железо
СульфатыХлоридыМинерализацияpH«Глубокая»1801460,11622177256406,7«им. Красина»1701100,15138337040007,3«Майская»1841270,861916116550807,9«Наклонная»2051800,48167010,447007,0«им.Чиха»147860,449878023007,1«Южная»1521440,31430113042707,2
Приведённые данные позволяютсделать вывод об актуальности темы работы, так как ликвидация шахтявляетсяприоритетнымисточникомнегативного влияния на безопасность угледобывающих регионов, что можно отразить следующей логической схемой, изображённой на рисунке.
Рис.1.Отрицательное воздействие процесса ликвидации угольных шахт на жизнедеятельность населения региона
Таким образом, важнейшей научнотехнической задачей в рамках управления экологической ситуацией на территории угледобывающих регионовстал всеобъемлющий перманентный контрольгидрогеологической среды как одного из основных факторов формирования текущего состояния системы. .Детальный анализ отечественного и зарубежного опыта исследований по данной проблеме показывает, что объективное решение контроля состояния региональной гидросферы в условиях ликвидации угольных шахт, возможно только на основе развертывания комплексных режимных наблюдений [2].Для этапа ликвидации шахт и в последующий период контроль в качестве задач предполагает наблюдение, оценку и прогноз следующих техногенных изменений в геологической среде:
подъём уровня подземных (грунтовых) вод;
изменение химического состава подземных вод;
образование искусственных подземных водоёмов;
загрязнение поверхностной водной среды и источников водоснабжения;
заболачивание и подтопление иотдельных участковповерхности;
засоление почв, а также их загрязнение токсичными элементами.Региональныйинструментальныйконтроль состояния гидрографической сетина данной территории призванрешать следующие информационноаналитические задачи:
организацию единой системы сбора и обработки информации о загрязнении гидросферырегиона;
анализ текущего состояния объектов среды и прогноз динамики во времени и пространстве;
оценку рисков от загрязнения окружающей природной среды;
обеспечениерегиональных иместных органов власти и общественности достоверной информацией о состоянии средыобитания населения.При этом большинство современных учёных и специалистов в области инженерной экологиии гидрогеологиинеотъемлемой функцией регионального контроля считают разработку рекомендаций по реализации природоохранных ЛиквидацияугольныхшахтЭкономикарегиона
Социальная сфераЭкосистемарегиона
Деформациясреды обитания населения
мероприятийна основе достоверной информации [36].В настоящее время самой распространённой и эффективной структурой получения надёжных результатов в рамках функционирования региональных природнотехнических систем является контроль с использованием систем мониторинга[710].В различных отраслевых министерствах и крупных акционерных обществах по добыче и переработке энергоносителей и полезных ископаемых разработаны программы по решению проблем экологического контроля. Экологический автоматизированный мониторинг широко используется для контроля загрязнений атмосферы и воды в целях обеспечения безопасной жизнедеятельности населения крупных городов и регионов России: Москвы, СанктПетербурга, Казани, Нижнего Новгорода, Самары, Кавказских Минеральных Вод и др.В развитых странах Европейского Союза, например, Великобритании, ФРГ и Швейцарии системы автоматизированного мониторинга широко применяются для управления экологической безопасностью регионов [11].В отечественной специальной литературе широко освещены результаты разработки и внедрения автоматизированных систем, которые построены, по большому счёту, на основе примерно одинаковых подходов и типовых технических решений. Интегрированный подход включает следующие измерительные и аналитические составные элементы [1]:
первичные измерения;
сбор, передача, накопление и обработка данных;
анализ экологической ситуации;
поддержка принятия управленческих решений по регулированию состояния окружающей среды;
распределение результатов мониторинга между пользователями.В соответствии с составом работ по экологическому мониторингу выделяются следующие блоки:
измерительные;
сбора информации;
обработки и анализа данных;
прогноза экологической ситуации и принятия управленческих решений.В угольной промышленности России накоплен солидный опыт изучения неблагоприятных воздействий шахт на окружающую среду, особенно в связи с процессом ликвидации шахт. Так, в Кузбассе ведутся работы по созданию единой сети согласованных наземных, подземных и космических наблюдений за окружающей природной средой. [9].Вопросам контроля состояния углепородного массива в угольных регионах посвятили свои работы ряд исследователей: Вознесенский А.В., Ельчанинов Е.А., Еремеев В.М., Журбицкий В.И., Загорский Л.А., Захаров В.А., Мухаметшин А.М., Рубан А.Д., Смирнов А.М., Шкуратник В.Л. и другие[12.].Во многих перечисленных работах указывается необходимость создания информационноаналитической базы, применение которой существенно повышает оперативность и достоверность прогнозов состояния экологических систем, а также эффективность принимаемых решений.К важнейшим результатам исследований следует отнести определение возможных источников загрязнения, разработку перечня основных загрязняющих веществ, оценку вредных воздействий, оказываемыхшахтами на окружающую среду, уяснение механизмов формирования каналов их распространения, создание принципиальных основ разработкисистем экологического мониторинга.В угледобывающем регионе Ростовской области вследствие массового закрытия неперспективных угольных шахт сложилась напряжённая экологическая ситуация и возникла настоятельная необходимость разработки и внедрения систем контроля и управления, направленных на снижение вредных последствий реструктуризации.В то же время, по нашему мнению, отсутствует целостная система контроля и прогнозирования динамики развития экологической обстановки на перспективу, в том числе гидросферы региона. Повышению эффективности оценки состояния и перспективного прогнозирования гидросферы объективно способствует создание комплексной информационноаналитической базы данных о состоянии экологической обстановки, источниках и элементах ее формирования, которую можно встроить в единую систему мониторинга России.Изложенные результаты анализа показывают необходимость организации региональной контрольнопрогнозной системы в режиме мониторинга.Адекватную оценкусостояния подземной гидрографической сетиможет обеспечить следующий комплекс процедур:
построение работы систем в дискретнонепрерывном режиме;
применение информационных технологий;
использование универсальных методов и технологий оценки.
Таким образом, для формирования системы поддержки принятия решений, необходим комплекс технических средств, обладающий возможностью решить задачи:
решение всего комплекса задач в подсистемах системы оценки загрязнения подземных водозаборов;
подготовка и передача информации;
формирование информационных потоков;
контроль передаваемой информации.
К комплексу предъявляются следующие техникоэкономические требования:
возможность изменения при изменении набора задач и совершенствовании техники управления;
программная и техническая совместимость;
реализуемость;
надёжность.В комплекс могут быть включены следующие виды работ: геофизические исследования массива, гидрогеологическое обследование, литогеохимическое опробование.В соответствии с перечнем решаемых задач и предложенными методами определены следующие технические средства для их осуществления:
система автоматических сейсмических и электрических датчиков для оценки явлений;
геофизические аппаратурные комплексы для дискретных наблюдений за строением геологической среды;
мобильные и стационарные приборы(комплексы)для контролязатехногенным режимом подземнойгидросферы.
Ссылки на источники1.Экологический мониторинг ликвидации неперспективных шахт Восточного Донбасса / В.М. Еремеев [и др.]; под ред. В.М. Еремеева. –Шахты: Издво ЮРО АГН, 2001. –280 с.
2.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.Молев М.Д. Методология контроля и прогнозированиясостояния углепородного массива //Горный информационноаналитический бюллетень. –2007. –№ 9. –С. 159162.3.Голик В.И., Масленников С.А., Прокопов А.Ю., Базавова О.В.Обеспечение экологической безопасности техногенных отходов //Научное обозрение. –2014. –№9.–С. 726729.4.5 Розенберг Г.С., Шитиков В.К., Брусиловский П.М. Экологическое прогнозирование. –Тольятти: Экологический институт РАН,1994. –182 с.5.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.
6.Смирнов А.М. Основы геоэкологического мониторинга угольных шахт. –М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. –268 с.7.Вартанов А.З., Рубан А.Д., Шкуратник В.Л.Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг. –М.: Горная книга, 2009. –640 с.8.Опарин В.Н., Потапов В.П., Гиниятуллина О.Л., Адреева Н.В. Мониторинг загрязнений водного бассейна районов активной угледобычи с использованием данных дистанционного зондирования // ФТПРПИ. –2012. –№5.С. 181188. 9.Molev M. D. Theoretical and experimental substantiation of construction regional security monitoring systems technosperic /M. D. Molev,S. G. Stradanchenko,
10.S. A. Maslennikov //ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. –2015. –№16, September. –Pp. 67876788.11.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. 2125.12.Молев М.Д., Молев А.М. Теория и практика управления региональной экологической безопасностью: монография. –Шахты: ЮРГУЭС, 2006.–84 с.
г. Шахты2playrnd14716@aaanet.ru
КиреевЕвгений Владимирович,магистрант направления «Техносферная безопасность» Института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) ФГБОУ ВПО «Донской государственный технический университет», г. Шахтыev_kireev@gmail.com
Опыт контролягидрогеологической среды в угледобывающем регионе
Аннотация.В статье представлены результаты исследований состояния геологической среды при ликвидации угольных шахт. Приведены оценки влияния шахтных вод на подземные воды.Дана характеристика применяемымметодам и средствам получения информации о состоянии подземной гидросферы. Ключевые слова:подземная гидросфера, экосистемы, техногенные изменения, мониторинг.
Экосистемы угледобывающих районов Российской Федерациив процессемасштабной ликвидациишахт претерпевают значительные необратимые изменения, становятся неустойчивыми по отношению к антропогенным воздействиям. Подобные нарушениясложившихся региональных экологических систем и природных ландшафтов вызывают настоятельную необходимость проведения специальных наблюдений и природоохранных мероприятий, в том числе на территориях расположения ликвидируемых шахт. Так, наРоссийский Донбасс(Ростовская область)приходится существенный объём загрязнённых стоков –в среднем 62 млн. м3ежегодно. Общий объём шахтных вод, поступающих в водные объекты области, составляет 30653 тыс. м3/год, из них проходит очистку 24020 тыс. м3, сбрасывается в гидрографическую сеть безочистки 3566,7тыс.м3.Минерализация шахтной воды колеблется от 3,6 г/дм3до 61,6 г/дм3. При этомшахтные воды характеризуются аномально высоким содержанием сульфатов (12259 ПДК), железа (3–3370 ПДК), марганца (до 64 ПДК), магния, алюминия, меди, стронция[1].Типичное содержание примесей в дренажныхстокахотражено в таблице.Таблица 1Характеристика химического состава дренажных шахтных вод
ШахтыХимические элементы и вещества, мг/дм3Кальций
Магний
Железо
СульфатыХлоридыМинерализацияpH«Глубокая»1801460,11622177256406,7«им. Красина»1701100,15138337040007,3«Майская»1841270,861916116550807,9«Наклонная»2051800,48167010,447007,0«им.Чиха»147860,449878023007,1«Южная»1521440,31430113042707,2
Приведённые данные позволяютсделать вывод об актуальности темы работы, так как ликвидация шахтявляетсяприоритетнымисточникомнегативного влияния на безопасность угледобывающих регионов, что можно отразить следующей логической схемой, изображённой на рисунке.
Рис.1.Отрицательное воздействие процесса ликвидации угольных шахт на жизнедеятельность населения региона
Таким образом, важнейшей научнотехнической задачей в рамках управления экологической ситуацией на территории угледобывающих регионовстал всеобъемлющий перманентный контрольгидрогеологической среды как одного из основных факторов формирования текущего состояния системы. .Детальный анализ отечественного и зарубежного опыта исследований по данной проблеме показывает, что объективное решение контроля состояния региональной гидросферы в условиях ликвидации угольных шахт, возможно только на основе развертывания комплексных режимных наблюдений [2].Для этапа ликвидации шахт и в последующий период контроль в качестве задач предполагает наблюдение, оценку и прогноз следующих техногенных изменений в геологической среде:
подъём уровня подземных (грунтовых) вод;
изменение химического состава подземных вод;
образование искусственных подземных водоёмов;
загрязнение поверхностной водной среды и источников водоснабжения;
заболачивание и подтопление иотдельных участковповерхности;
засоление почв, а также их загрязнение токсичными элементами.Региональныйинструментальныйконтроль состояния гидрографической сетина данной территории призванрешать следующие информационноаналитические задачи:
организацию единой системы сбора и обработки информации о загрязнении гидросферырегиона;
анализ текущего состояния объектов среды и прогноз динамики во времени и пространстве;
оценку рисков от загрязнения окружающей природной среды;
обеспечениерегиональных иместных органов власти и общественности достоверной информацией о состоянии средыобитания населения.При этом большинство современных учёных и специалистов в области инженерной экологиии гидрогеологиинеотъемлемой функцией регионального контроля считают разработку рекомендаций по реализации природоохранных ЛиквидацияугольныхшахтЭкономикарегиона
Социальная сфераЭкосистемарегиона
Деформациясреды обитания населения
мероприятийна основе достоверной информации [36].В настоящее время самой распространённой и эффективной структурой получения надёжных результатов в рамках функционирования региональных природнотехнических систем является контроль с использованием систем мониторинга[710].В различных отраслевых министерствах и крупных акционерных обществах по добыче и переработке энергоносителей и полезных ископаемых разработаны программы по решению проблем экологического контроля. Экологический автоматизированный мониторинг широко используется для контроля загрязнений атмосферы и воды в целях обеспечения безопасной жизнедеятельности населения крупных городов и регионов России: Москвы, СанктПетербурга, Казани, Нижнего Новгорода, Самары, Кавказских Минеральных Вод и др.В развитых странах Европейского Союза, например, Великобритании, ФРГ и Швейцарии системы автоматизированного мониторинга широко применяются для управления экологической безопасностью регионов [11].В отечественной специальной литературе широко освещены результаты разработки и внедрения автоматизированных систем, которые построены, по большому счёту, на основе примерно одинаковых подходов и типовых технических решений. Интегрированный подход включает следующие измерительные и аналитические составные элементы [1]:
первичные измерения;
сбор, передача, накопление и обработка данных;
анализ экологической ситуации;
поддержка принятия управленческих решений по регулированию состояния окружающей среды;
распределение результатов мониторинга между пользователями.В соответствии с составом работ по экологическому мониторингу выделяются следующие блоки:
измерительные;
сбора информации;
обработки и анализа данных;
прогноза экологической ситуации и принятия управленческих решений.В угольной промышленности России накоплен солидный опыт изучения неблагоприятных воздействий шахт на окружающую среду, особенно в связи с процессом ликвидации шахт. Так, в Кузбассе ведутся работы по созданию единой сети согласованных наземных, подземных и космических наблюдений за окружающей природной средой. [9].Вопросам контроля состояния углепородного массива в угольных регионах посвятили свои работы ряд исследователей: Вознесенский А.В., Ельчанинов Е.А., Еремеев В.М., Журбицкий В.И., Загорский Л.А., Захаров В.А., Мухаметшин А.М., Рубан А.Д., Смирнов А.М., Шкуратник В.Л. и другие[12.].Во многих перечисленных работах указывается необходимость создания информационноаналитической базы, применение которой существенно повышает оперативность и достоверность прогнозов состояния экологических систем, а также эффективность принимаемых решений.К важнейшим результатам исследований следует отнести определение возможных источников загрязнения, разработку перечня основных загрязняющих веществ, оценку вредных воздействий, оказываемыхшахтами на окружающую среду, уяснение механизмов формирования каналов их распространения, создание принципиальных основ разработкисистем экологического мониторинга.В угледобывающем регионе Ростовской области вследствие массового закрытия неперспективных угольных шахт сложилась напряжённая экологическая ситуация и возникла настоятельная необходимость разработки и внедрения систем контроля и управления, направленных на снижение вредных последствий реструктуризации.В то же время, по нашему мнению, отсутствует целостная система контроля и прогнозирования динамики развития экологической обстановки на перспективу, в том числе гидросферы региона. Повышению эффективности оценки состояния и перспективного прогнозирования гидросферы объективно способствует создание комплексной информационноаналитической базы данных о состоянии экологической обстановки, источниках и элементах ее формирования, которую можно встроить в единую систему мониторинга России.Изложенные результаты анализа показывают необходимость организации региональной контрольнопрогнозной системы в режиме мониторинга.Адекватную оценкусостояния подземной гидрографической сетиможет обеспечить следующий комплекс процедур:
построение работы систем в дискретнонепрерывном режиме;
применение информационных технологий;
использование универсальных методов и технологий оценки.
Таким образом, для формирования системы поддержки принятия решений, необходим комплекс технических средств, обладающий возможностью решить задачи:
решение всего комплекса задач в подсистемах системы оценки загрязнения подземных водозаборов;
подготовка и передача информации;
формирование информационных потоков;
контроль передаваемой информации.
К комплексу предъявляются следующие техникоэкономические требования:
возможность изменения при изменении набора задач и совершенствовании техники управления;
программная и техническая совместимость;
реализуемость;
надёжность.В комплекс могут быть включены следующие виды работ: геофизические исследования массива, гидрогеологическое обследование, литогеохимическое опробование.В соответствии с перечнем решаемых задач и предложенными методами определены следующие технические средства для их осуществления:
система автоматических сейсмических и электрических датчиков для оценки явлений;
геофизические аппаратурные комплексы для дискретных наблюдений за строением геологической среды;
мобильные и стационарные приборы(комплексы)для контролязатехногенным режимом подземнойгидросферы.
Ссылки на источники1.Экологический мониторинг ликвидации неперспективных шахт Восточного Донбасса / В.М. Еремеев [и др.]; под ред. В.М. Еремеева. –Шахты: Издво ЮРО АГН, 2001. –280 с.
2.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.Молев М.Д. Методология контроля и прогнозированиясостояния углепородного массива //Горный информационноаналитический бюллетень. –2007. –№ 9. –С. 159162.3.Голик В.И., Масленников С.А., Прокопов А.Ю., Базавова О.В.Обеспечение экологической безопасности техногенных отходов //Научное обозрение. –2014. –№9.–С. 726729.4.5 Розенберг Г.С., Шитиков В.К., Брусиловский П.М. Экологическое прогнозирование. –Тольятти: Экологический институт РАН,1994. –182 с.5.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.
6.Смирнов А.М. Основы геоэкологического мониторинга угольных шахт. –М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. –268 с.7.Вартанов А.З., Рубан А.Д., Шкуратник В.Л.Методы и приборы контроля окружающей среды и экологический мониторинг. –М.: Горная книга, 2009. –640 с.8.Опарин В.Н., Потапов В.П., Гиниятуллина О.Л., Адреева Н.В. Мониторинг загрязнений водного бассейна районов активной угледобычи с использованием данных дистанционного зондирования // ФТПРПИ. –2012. –№5.С. 181188. 9.Molev M. D. Theoretical and experimental substantiation of construction regional security monitoring systems technosperic /M. D. Molev,S. G. Stradanchenko,
10.S. A. Maslennikov //ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. –2015. –№16, September. –Pp. 67876788.11.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. 2125.12.Молев М.Д., Молев А.М. Теория и практика управления региональной экологической безопасностью: монография. –Шахты: ЮРГУЭС, 2006.–84 с.
