Екологічна небезпека експлуатації та ліквідації вугільних шахт: методологія оцінки, напрями і засоби зниження

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної наукової проблеми удосконалення методологічного підходу до комплексної оцінки рівня екологічної небезпеки, обумовленого багаторічною експлуатацією та ліквідацією вугільних шахт, розробки та пошуку оптимальних форм управління екологічною безпекою вугледобувної галузі. Систематизовано екологічні та техногенні наслідки підземного видобутку вугілля, узагальнено механізми трансформації об’єктів навколишнього середовища, масиву гірських порід та земної поверхні на сталому і завершальному етапах функціонування вугільних шахт. Розроблено засоби локалізації пилових викидів зі ствола вугільної шахти в атмосферу, вловлювання пилу електрофільтром з низьким аеродинамічним опором, технологічні схеми ліквідації гірничих виробок залежно від ступеня їх екологічної небезпеки. Розроблено методологію оцінки рівня екологічної небезпеки на різних етапах функціонування вугільної шахти (за 4-бальною шкалою) за впливом 16 пріоритетних техногенних чинників, обумовлених експлуатацією і ліквідацією вугільних шахт. Встановлено «високі» рівні екологічної небезпеки для навколишнього середовища при експлуатації та «мокрій» ліквідації вугільної шахти. «Суха» ліквідація вугільної шахти характеризується «помірним» рівнем екологічної небезпеки. Впровадження розроблених природоохоронних заходів на вугільних шахтах дозволяє знизити рівень екологічної небезпеки з «високого» до «помірного».

Диссертация посвящена решению актуальной научной проблемы усовершенствования методологического подхода к комплексной оценке уровня экологической опасности, обусловленного многолетней эксплуатацией и ликвидацией угольных шахт, разработки и поиска оптимальных форм управления экологической безопасностью угледобывающей области. Проведенный анализ последствий функционирования угольных шахт выявил ряд нерешенных экологических проблем, связанных с эксплуатацией большого количества нерентабельных шахт. Неэффективная система управления экологическим состоянием территорий угольных шахт не позволяет должным образом решать вопросы экологической безопасности как в процессе постоянной эксплуатации, так и ликвидации угольных шахт. Ликвидация шахт способом «мокрой» консервации приводит к значительным негативным эколого-геологическим последствиям, в частности к деформациям земной поверхности и разрушениям жилых и промышленных объектов. При «сухой» консервации негативное влияние на окружающую среду проявляется в виде сбросов шахтных вод в поверхностные водоемы, истощения и загрязнения водных ресурсов. Выявленные последствия требуют определения показателей, которые характеризуют экологическое состояние прилегающих к шахтам территорий, разработки эффективных природоохранных мероприятий, в том числе и при ликвидации шахт, а также поиска механизмов управления процессами внедрения этих мероприятий и оценки их эффективности. Обоснована методология оценки показателей, которые определяют уровень экологической опасности динамичных шахтных выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, которая базируется на решении интегралов математической «задачи о выходе случайного процесса за установленный уровень», а также показателей динамичных сбросов шахтной воды в поверхностные водоемы, экологическая опасность которых оценена по качеству воды с использованием интегрального экологического индекса. Усовершенствованы методы оценивания экологических последствий долговременного влияния на окружающую среду отвалов шахтной породы угольных шахт и прудов-накопителей шахтной воды в условиях их эксплуатации и дальнейшей ликвидации. Систематизированы известные и разработаны новые средства снижения уровня экологической опасности эксплуатации и ликвидации угольных шахт, которые касаются: локализации шахтных выбросов в атмосферу путем душирования запыленных вентиляционных потоков диспергированной водой или улавливания тонкодисперсной пыли с использованием на негазовых шахтах электрофильтра; способов ликвидации горных выработок с использованием для их закладки отвальной шахтной породы; очистки шахтной воды в проточном отстойнике; методов фиторемедиации загрязненных и засоленных почв. Разработана методология оценки уровня экологической опасности на разных этапах функционирования угольной шахты по влиянию 16 приоритетных техногенных факторов, обусловленных эксплуатацией и ликвидацией горных предприятий. Усовершенствована система управления экологической безопасностью угледобывающих регионов на разных этапах функционирования угольных шахт с учетом уровня опасности на основе оценки экологического воздействия ряда выделенных приоритетных техногенных факторов угледобычи на основные объекты окружающей среды путем их непосредственного обследования. Комплексную оценку уровня опасности угледобывающих предприятий предложено определять по 15-балльной шкале, равномерно разделенной на три уровня экологической опасности, что позволило количественно оценить и сравнить воздействия на окружающую среду как существующих технологий добычи угля, так и способов ликвидации шахт.

The thesis is aimed at solving the urgent scientific problem of methodology improvement for complex assessment of ecological danger level caused by long-term operation and liquidation of coal mines, as well as development and finding the best forms of ecological safety management of coal industry. The ecological and anthropogenic consequences of underground coal mining were systematized; the mechanisms of transformation of environmental objects, rock mass, and earth surface on the stable and final stages of coal mines functioning were generalized. The means of localization of dust emissions from coal mine shaft into atmosphere; dust trapping by electrostatic filter of low air-flow resistance; as well as technological frameworks of mine workings liquidation considering the level of ecological danger were developed. The methodology for assessment of ecological danger level on different stages of coal mine operation (using 4-grade scale) according to the influence of 16 major anthropogenic factors caused by operation and liquidation of coal mines was developed. "High" levels of ecological danger for the environment were determined in case of operation and "wet" liquidation of a coal mine. "Dry" liquidation of a coal mine is characterized by "mild" level of ecological danger. Implementation of developed nature protective measures on coal mines enables reduction of ecological danger from "high" to "mild" level.