Статья: Эколого-геохимические особенности углей и шахтных вод Донбасса (на примере Донецко-Макеевского углепромышленного района)

Проведение геохимической оценки состояния окружающей среды, загрязнение которой оказывает негативное влияние на условия существования организмов, является одной из наиболее актуальных задач. Для Донецко-Макеевского района – как и для большей части Донбасса – одним из основных загрязнителей природной среды является угольная промышленность. В этой связи наиболее важным представляется геохимическое изучение угля и шахтных вод района. Эта проблема имеет два аспекта. Во-первых, анализ содержания в компонентах геологической среды элементов в концентрациях, представляющих угрозу для здоровья человека. И, во-вторых, рациональное использование природных ресурсов, одним из направлений которого, на наш взгляд, является попутное извлечение ценных компонентов. В данной статье представлены новые результаты геохимического изучения углей и шахтных вод Донецко-Макеевского углепромышленного района.

1. Описание района исследований.

Донецко-Макеевский углепромышленный район, имеющий площадь 3170 км2 и находящийся в пределах Донецкой области, расположен на южном крыле Кальмиус-Торецкой котловины. Кроме пликативных дислокаций в районе широко распространены разрывные нарушения, в подавляющем числе представленные надвигами: Мушкетовский, Французский, Калининский, Тимошенко, Ясиновский, Первомайский и др.

В геологическом строении района принимают участие отложения среднего и верхнего карбона, почти повсеместно перекрытые четвертичными и отчасти палеогеновыми отложениями. В западной части на размытой поверхности карбона залегают породы юрского и мелового возраста.

Толща карбона включает все свиты среднего и нижние свиты верхнего отдела. Наиболее угленосными в районе являются свиты С23, С25, С26, и С27 [2].

Водоносные горизонты заключены в отложениях каменноугольного, юрского, верхнемелового и палеогенового возраста, в четвертичных отложениях они приурочены к аллювию и прослоям песков в суглинках.

2. Материал и методы исследований.

Распределение химических элементов в углях было изучено по данным кернового и бороздового опробования угольных пластов действующих шахт Донецко-Макеевского района. Было проанализировано 277 проб из керна скважин и горных выработок по основным разрабатываемым пластам. Лабораторные работы по определению состава углей спектральным полуколичественным анализом выполнялись лабораториями ПГО “Донбассгеология” и “Луганскгеология”.

Гидрогеохимические исследования включали анализ более 500 проб шахтных вод. Лабораторные работы, проводимые в лаборатории ПГО "Донбассгеология", включали изучение физических, химических свойств воды и спектральный полуколичественный анализ.

3. Анализы и результаты.

3.1. Геохимия углей и шахтных вод Донецко-Макеевского углепромышленного района.

При анализе содержания химических элементов в углях района относительно кларков осадочных пород [1] выявлены следующие закономерности.

Наибольшие превышения кларков осадочных пород характерны для элементов I класса опасности: ртути – в 5-62,5 раз, мышьяка – в 15-106 раз, бериллия – в 10 раз, свинца – в 15 раз, цинка – 2-2,5 раз.

Средние содержания большинства остальных элементов близки к кларковым значениям, образуя лишь в отдельных случаях повышенные концентрации. Максимальные превышения содержаний по отношению к кларкам установлены для Bi – до 90 раз, S – до 25 раз, Ge - до 17 раз, Ba – до 12,5 раз, Sc, Ag и Mn – до 3 раз, Mo и Li – до 2,5 раз, Sr - до 2 раз, Co и Cr – до 1,5 раз, V и Ti – до 1,2 раз.

Средние содержания таких элементов как – Nb (11,0 г/т), Sc (11,0 г/т), Ti (900,0 г/т), Cu (24,0 г/т), Sn (1,5 г/т), Y (16,0 г/т), La (14,0 г/т), Zr (80,0 г/т) - выше фонового для углей Донбасса, но ниже среднего содержания в земной коре.

Таким образом, по уровню максимальных содержаний можно выделить следующие группы элементов:

превышающие кларк по всем пластам (Ge, As, Bi, S);

превышающие кларк по отдельным пластам (Hg, Be, Zn, Pb, Ba, Sr, Ga);

превышающие кларки в единичных случаях (Sc, Co, Mn, V, Cr, Ti, Mo, Ag, Li, F);

на уровне и ниже кларков (Rb, Cs, Sn, Nb, Ni, Cu, Zr, Y, La);

в углях не обнаружены Tl, Sb, Cd, Ta, Нf.

Для шахтных вод Донецкого-Макеевского района, характеризующихся преимущественно сульфатно-хлоридно-натриевым составом и высокой минерализацией, наиболее типичными элементами являются: Li, Ba, Mn, Ti, Pb, Sr, Ni, Mo, Cu, Cr, V, B, Br, F, выявленные практически во всех пробах. Меньшей встречаемостью характеризуются Zn, Bi, Zr, Co, La, Ag. В отдельных пробах обнаружены Cd, Sc, Nb, Y, Yb, Sb, Hg, Be, As, Au, Ga. В шахтных водах района не выявлены Tl, Ta, Hf, W.

3.2. Загрязнение углей и шахтных вод района.

Поскольку использование углей и сброс шахтных вод, содержащих химические элементы в концентрациях, превышающих предельно допустимые, представляет потенциальную опасность для окружающей среды, необходимо изучение распределения химических элементов всех классов опасности.

Ввиду отсутствия нормированного содержания химических элементов в углях, при анализе использовались предельно допустимые концентрации содержания элементов в почвах (ПДКп).

В углях Донецко-Макеевского углепромышленного района превышение ПДКп характерно практически для всех элементов I класса опасности (табл. 1).

Таблица 1. Максимальные содержания элементов I класса опасности, превышающие ПДК, в углях Донецко-Макеевского района.

Шахта	Содержание элементов в углях, г/т (ПДК)
	Hg (2,0)	As (2,0)	Pb (32,0)	F (500)	Zn (23,0)	Be (3,0)
Октябрьский рудник	2	500	30	1000	100	30
им.Горького	1	700	15	300	100	10
Челюскинцев	0,55	150	300	300	200	10
Лидиевка	0,2	300	20	100	50	10
Кировская	5	300	50	600	200	5
им.Засядько	-	300	15	200	100	15
им.Абакумова	-	700	50	100	200	30
Заперевальная	25	3	200	100	150	1,5
Панфиловская	1	150	30	300	150	5
Куйбышевская	-	300	20	100	70	50

Примечание: прочерк – нет данных.

Концентрации мышьяка по отдельным пробам превышают ПДКп до 350 раз (пласты l4, l7, m3, h10, h8), в среднем составляя 9-10 раз. Наиболее высокие содержания ртути, превышающие ПДКп до 12 раз, отмечены в угольном пласте g2, разрабатываемом шахтами ш/у “Донбасс” и “Заперевальная”.

Превышение ПДКп по свинцу достигает 6,25-9,4 раз (максимальные превышения установлены по пластам k8, l4, m3). Наиболее высокое содержание фтора отмечено по пласту l4 (ш/у “Донбасс” и “Заперевальная”) – 2 ПДКп. Превышение ПДКп по цинку составляет в среднем 1,5-2 раза, достигая по отдельным пластам 8,7 раз (h10, h3, l4, l7, l81, m3, m41).

Одним из наиболее токсичных элементов является бериллий. При использовании углей, обогащенных Be необходимо иметь в виду, что при сжигании угля бериллий образует пыль оксида, которая не улавливается электрофильтрами [3]. Поскольку для бериллия нет установленного ПДКп, при анализе использовался кларк осадочных пород (3,0 г/т). Концентрация бериллия в угольных пластах исследуемого района, находится в пределах 0,4-50 г/т, в среднем составляя 4,0 г/т, а по пластам h10, h7, h8, k8, l1, l4, l6, l7, l81, m3, m5, m2, m41 превышает кларк осадочных пород в 16,7 раз.

Содержание элементов II и III класса опасности в углях района, как правило, не превышает ПДКп. Единичные превышения ПДКп зафиксированы для хрома, марганца и ванадия.

В шахтных водах исследуемого района наблюдается иная картина. Из элементов I класса опасности содержание только свинца почти повсеместно превышает ПДК (табл. 2). В отдельных пробах в концентрациях, превышающих ПДК, выявлены фтор (ПДК 1,5 мг/л) (им.Бажанова (1,8 мг/л), “Лидиевка” (1,9 мг/л)) и бериллий.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--