Геоэкология
Имайкин А.К., аспирант Блинов С.М., кандидат геолого-минералогических наук, доцент (Пермский государственный национальный исследовательский университет)
ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ ШАХТНЫХ ВОД
КИЗЕЛОВСКОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА (НА ПРИМЕРЕ ШАХТЫ ИМ. 40-ЛЕТИЯ ОКТЯБРЯ)
Объектом исследования в статье являются последствия подземной добычи угля шахтой им. 40-летия Октября в Кизеловском угольном бассейне в период эксплуатации шахты и после ее закрытия. Основное внимание уделено динамике шахтных вод и состоянию гидросферы за последние 25 лет. Отмечается большой объем излива шахтных вод на поверхность, определяющий, во многом, сохранение неудовлетворительной геоэкологической ситуации в районе шахты после прекращения ее работы.
Ключевые слова: Кизеловский угольный бассейн, шахта им. 40-летия Октября, подземные и шахтные воды, геоэкологическая обстановка.
HYDRODYNAMIC BEHAVIOR OF MINE WATERS AT KIZELOVSKY COAL FIELD
(AS EXEMPLIFIED BY THE 40th ANNIVERSARY OF OCTOBER REVOLUTION MINE)
Consequences of deep mining in the minery named after 40-year of the October Socialist Revolution in Kizelovsky coal-basin during exploitation and after closure of pit are considered in this paper. Main attention devoted to dynamics of mine waters and hydrosphere condition over the last 25 years. Large volume of mine waters spill is important to note. This fact determines a preservation of unsatisfactory geoecological situation in region of the minery after stopping of exploitation.
Keywords: Kizelovsky coal-basin, the minery named after 40-year of the October Socialist Revolution, subsurface and mine waters, geoecological situation.
Введение: Кизеловский угольный бассейн объединяет ряд месторождений каменного угля на Западном Урале, расположенных в восточной части Пермского края (рис. 1). Добыча угля в небольших объемах была начата в 1797 г. штольней «Запрудная» на правом берегу р. Кизел. Наиболее интенсивное развитие добычи угля приходится на период Великой Отечественной войны и послевоенные годы, когда осваивались Коспашское и Гремячинское месторождения. Пик угледобычи в Кизеловском бассейне был достигнут в 1961 г.
Разработка угля велась в очень сложных горногеологических условиях, обусловленных сильной тектонической нарушенностью шахтных полей и большой глубиной ведения горных работ, которая на отдельных шахтах превышала 1 км. Другой серьезной проблемой являлась высокая обводненность шахт, связанная с притоками в горные выработки подземных вод. В геологическом разрезе породы угленосной формации залегают под мощной
224
толщей закарстованных карбонатных пород, заключающих горизонт трещинно-карстовых вод. В обводнение всех шахт принимали участие подземные воды самой угленосной формации. На большинстве шахт техногенные водопроводящие трещины над очистными выработками достигали водоносного горизонта трещинно-карстовых вод и этот горизонт становился основным источником формирования шахтных водопритоков. Средние объемы шахтных вод, откачиваемых на поверхность, перед ликвидацией шахт составляли 1214 тыс. м3/час. Шахтные воды имели сильнокислую реакцию среды, значительную минерализацию и высокие содержания сульфатов, железа, алюминия, тяжелых металлов и др. После откачки на поверхность шахтные воды наносили большой ущерб окружающей среде [1].
Шахты Кизеловского бассейна отличались сложными горно-геологическими условиями ведения работ, высоким травматизмом, низкой производительностью и являлись нерентабельными. С учётом этих обстоятельств, все они были закрыты в 1992-2000 гг. по программе реструктуризации угольной отрасли РФ. Однако закрытие шахт не решило экологических проблем региона. После прекращения откачки шахтных вод на поверхность они постепенно заполнили выработанное пространство и на большинстве шахт стали изливаться на поверхность из горных выработок с наименьшими абсолютными отметками устьев. При этом шахтные воды сохранили свойства и состав, которыми они характеризовались во время работы угледобывающих предприятий [2].
Постановка проблемы: Одной из наиболее неблагополучных в геоэкологическом отношении территорий в Кизеловском угольном бассейне является район поля шахты им. 40-летия Октября. Шахтное поле расположено в центральной части Кизеловского бассейна, на водораздельном пространстве рек Косьвы и Усьвы, которые являются крупными водными объектами бассейна р. Камы. Шахта действовала с 1954 по 1997 г.
За 43 года эксплуатации были отработаны все запасы штольневого и основные запасы подштольневых горизонтов. В период эксплуатации предприятия шахтные воды штольнево-го горизонта самотёком выпускались на поверхность, воды подштольневых горизонтов приходилось откачивать. Шахта им. 40-летия Октября была одной из наиболее обводненных шахт Кизеловского бассейна. Средний водоприток в шахту за последние 10 лет эксплуатации составлял около 1 тыс. м3/час, максимальный - около 3,5 тыс. м3/час (весна, 1990).
После ликвидации предприятия шахтные воды штольневого и подштольневых горизонтов самопроизвольно поступают на поверхность из нескольких горных выработок. Разнообразие и сложность гидрогеологических условий делает пример шахты «им. 40-летия Октября» интересным в плане изучения гидродинамического режима шахтных и подземных вод Кизеловского бассейна в процессе эксплуатации и после ликвидации угольных предприятий.
Результаты исследований: Исходным материалом для изучения гидродинамического режима шахтных вод послужили данные отчетов Кизеловской геологической партии, Межотраслевого НИИ экологии топливно-энергетического комплекса (МНИИЭКО ТЭК), Пермского государственного национального исследовательского университета, а также опубликованные источники.
В процессе эксплуатации шахты первоначально на поверхность выходили самотёком лишь шахтные воды штольневого горизонта, в последующем на поверхность стали откачиваться шахтные воды с подштольневых горизонтов. При этом устье штольни находилось в 100-150 м от устьев шахтных стволов, по которым проводилась откачка шахтных вод. После закрытия шахты её водоотлив был остановлен и на поверхность в течение трёх лет вновь выходили лишь воды штольневого горизонта. Шахтные воды подштольневых горизонтов заполняли в это время выработанное пространство шахты. После соответствующего подъёма уровня шахтных вод в горных выработках начался их излив на поверхность через шурф 17 (бассейн р. Косьвы) и шурфы 58-60 (бассейн р. Усьвы). Места изливов шахтных вод находятся в нескольких километрах друг от друга и шахтной промплощадки.
225
Шахтные воды штольневого горизонта выходят на поверхность через штольню в пределах промплощадки шахты и стекают в Рахматульский водоём техногенного происхождения. В первый период эксплуатации предприятия шахтные воды вместе с р. Рахматулка поглощались ближайшей карстовой воронкой. Постепенно приёмистость воронки снижалась вследствие кольматации карстовых каналов осадочным материалом, приносимым шахтными и речными водами, и в начале 1970-х годов оказалась недостаточной для поглощения этих вод. В результате в верховьях карстового суходола Ладейный лог и образовался Рахматульский водоём. Истекающий из водоёма ручей ниже по Ладейному логу поглощается крупной карстовой воронкой.
Изначально расход шахтных вод штольневого горизонта был небольшим. По мере развития горных работ он увеличивался. В последние 10 лет эксплуатации шахты среднегодовой расход шахтных вод штольневого горизонта в зависимости от водности года изменялся ориентировочно от 400 до 600 м3/час (рис. 2). Примерно таким же он оставался в период затопления шахты (1997-1999), а так же в первые три года после начала излива шахтных вод из шурфа 17 (2000-2002). В 2003-2004 гг. произошло самопроизвольное снижение расхода шахтных вод штольневого горизонта, выходящих на поверхность, до 100 м3/час. Вероятно, оно связано с перетоком основного объёма шахтных вод штольневого горизонта в выработанное пространство подштольневых горизонтов вследствие ухудшения состояния водоотводных канав на основных штреках штольневого горизонта.
По данным наблюдений различных организаций хорошо прослеживается связь гидродинамического режима вод штольневого горизонта с атмосферными осадками. Еженедельные режимные наблюдения за расходом шахтных вод в период с июня по ноябрь 2002 г. показали, что в меженные периоды года расход шахтных вод составляет 180-220 м3/час, в период дождевых паводков - увеличивается до 300-400 м3/час [3]. В период весеннего снеготаяния расход шахтных вод из штольни по данным МНИИЭКО ТЭК может достигать 900 м3/час.
1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
С0С0С00)0)0)0)0) 0)0)0)0)0)0)0)0)
2222
□ Штольня (штольневый горизонт) $
□ Шурфы 58-60 (подштольневые горизонты после ликвидации шахты) И Шурф 17 (подштольневые горизонты после ликвидации шахты)
□ Водоотлив в период эксплуатации шахты (подштольневые горизонты)
Год
Рис. 2. Среднегодовые объемы шахтных вод, поступающих на поверхность (шахта им. 40-летия Октября)
226
Шахтные воды подштольневых горизонтов после откачки на поверхность также сбрасывались в Рахматульский водоем. Расход откачиваемых вод, в зависимости от развития горных работ и водности года, изменялся ориентировочно от 500 до 800 м3/час. В 1997 г. угледобывающее предприятие было закрыто, и откачка шахтных вод на поверхность прекратилась.
Излив шахтных вод подштольневых горизонтов из шурфа 17, расположенного на северном крыле шахтного поля, начался в июне 2000 г., после затопления горных выработок этими водами до устья указанного шурфа. Его расход, в зависимости от водности года, за период наблюдений изменялся ориентировочно от 300 до 650 м3/час. На фоне снижения расхода шахтных вод за весь период их излива, наблюдается относительная стабилизация объёма этих вод в последние три года на уровне 450-500 м3/час.
Изливающиеся из шурфа воды стекают в Ладейный Лог и поглощаются здесь карстовой воронкой. Данная воронка, как и воронка поглощающая ручей, истекающий из Рахматульского водоёма, связана с горизонтом трещинно-карстовых вод. Таким образом, через обе воронки идёт пополнение запасов и одновременно заг
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.