Геоэкологический прогноз состояния окружающей среды в зоне влияния подземный выработок

Краткое описание

Введение... 3

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА 8 СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК ЗАКРЫВАЕМЫХ ШАХТ...

1.1 Обзор и анализ патентной и научно-технической литературы в области организации 8 геоэкологического мониторинга...

1.2 Характеристика природных условий района исследований... 16

Выводы по главе 1 ... 29

2 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОСТОЯНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК ДЕЙСТВУЮЩИХ ШАХТ... 30

2.1 Влияние техногенных факторов действующих шахт на окружающую среду... 30

2.2 Оценка влияния подземных работ на истощение запасов, загрязнение подземных и поверхностных вод... 33

2.3 Исследование возникновения негативных преобразований природных ресурсов земной поверхности шахтных полей, их влияния на растительный и животный мир в результате проведения подземных работ... 37

2.4 Оценка существующего загрязнения приповерхностной атмосферы и его влияние на лесную растительность района исследований... 42

Выводы по главе 2... 57

3 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК ЗАКРЫВАЕМЫХ ШАХТ... 58

3.1 Оценка влияния техногенных факторов закрываемых шахт на окружающую среду... 58

3.2 Совершенствование структуры прогноза экологических последствий изменения гидрогеологических условий аквасферы... 65

3.3 Особенности прогноза деформаций породного массива и их проявления на земной поверхности шахтных полей... 72

3.4 Оценка прогноза экологических последствий изменения ландшафта исследуемой территории... 76

3.5 Анализ экологических последствий изменений воздушных загрязнений подземной и приповерхностной атмосферы на толерантность растительных сообществ... 83

3.6 Совершенствование структуры прогноза состояния биоресурсов леса для оценки воздействия загрязнений на лесные экосистемы... 99

Выводы по главе 3... 105

4 СОВЕРШЕНСВОВАНИЕ ФОРМ НЕЙТРАЛИЗАЦИИ НЕГАТИВНЫХ ПОСЛЕДСТВИЙ ЗАКРЫТИЯ ШАХТ... 107

4.1 Методика разработки мероприятий по снижению негативного воздействия на окружающую среду в зоне влияния подземных выработок закрываемых шахт... 107

4.2 Предлагаемая оптимальная организационная структура центра геоэкологического мониторинга горнодобывающего района... 111

4.3 Разработанная методика оценки ущерба окружающей среде в зоне влияния подземных выработок шахт... 113

Выводы по главе 4... 129

ЗАКЛЮЧЕНИЕ... 130

БИБЛИОГРАФИЯ... 132
Введение

ВВЕДЕНИЕ

ЛКТУ/ШЬНОСТЬ ТЕМЫ. В настоящее время согласно Постановлениям Правительства РФ в угольной отрасли проходит реструктуризация, составной частью которой является закрытие неперспективных и особо убыточных шахт и разрезов. Шахта как горное предприятие подлежит ликвидации в соответствии с Законом РФ "О недрах" в случае объективной технико-экономической нецелесообразности выемки оставшихся запасов. На 01.01.2003 уже 211 закрыто, 21 проходят стадию закрытия, а в перспективе намечено закрытие еще 27 предприятий. Так, например, в районе исследований - на Ленинградском месторождении горючих сланцев закрыты две из трех шахт, входящих в состав ОАО "Ле-нинградсланец": им.С.М.Кирова и № 3. Добычные участки шахты № 3 вошли с 01.01.1996 в состав шахты "Ленинградская" как ее III район. На шахте им. СМ. Кирова добыча сланца не производится с 01.04.1998, поверхностный комплекс законсервирован.

При закрытии шахт нейтрализация экологических последствий горного производства приобретает особую остроту. Поэтому для геоэкологического прогноза состояния окружающей среды в зоне влияния подземных выработок и принятия на его основе управленческих решений необходима организация системы геоэкологического мониторинга по пяти предметным областям, которым отвечают пять видов мониторинга: водных объектов; воздушной среды; породного массива; ландшафта; биоресурсов леса. Однако в настоящее время типовое положение о центре геоэкологического мониторинга в горнодобывающем районе в угольной отрасли отсутствует.

В диссертационной работе автором рассмотрен наиболее актуальный этап геоэкологического мониторинга состояния окружающей среды территорий закрываемых шахт: геоэкологический прогноз состояния природных ресурсов в зоне влияния подземных выработок в ликвидационный и постликвидационный периоды. Совершенствование информационного и приборного обеспечения геоэкологического мониторинга, а также методы устранения негативных экологических последствий, в диссертационной работе не рассматриваются.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработка методики геоэкологического прогноза и совершенствование организационной структуры мониторинга состояния окружающей среды в зоне влияния подземных выработок шахт (на примере Ленинградского месторождения горючих сланцев).

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в учете техногенных факторов, возникающих при закрытии шахт "мокрым" способом и отсутствовавших при их работе, для повышения эффективности проведения геоэкологического мониторинга с принятием управленческих решений,

4

направленных на нейтрализацию экологических последствий горного производства с це-лью сохранения окружающей среды в горнодобывающих районах. ОСНОВНЫЕ ЗАДА ЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

- исследовать закономерности влияния действующих и закрываемых шахт, установить факторы техногенного воздействия на окружающую среду, выявить их на примере Ленинградского месторождения горючих сланцев;

- изучить уровень и динамику накопления токсикантов в лесных экосистемах на основе биоиндикации леса;

- усовершенствовать организационную структуру геоэкологического мониторинга горнодобывающего района для ее оптимального функционирования в зоне влияния подземных выработок шахт;

- установить оптимальные границы зон проведения геоэкологического мониторинга на территории горнодобывающего района;

- разработать методику оценки ущерба окружающей среде в зоне влияния подземных выработок шахт.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ включают: методы теоретического обобщения, системати- зации, индексного сравнительного анализа статистических опытно-практических данных, графоаналитический и математико-статистические методы оценки информации, методы корреляционного моделирования, в том числе регрессионного факторного анализа.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ЗАЩИЩАЕМЫЕ АВТОРОМ:

- проявляющиеся техногенные факторы в зоне влияния закрываемых шахт "мокрым" способом вызывают необходимость совершенствования организационной структуры геоэко- логического мониторинга на основе предлагаемых современных методов оценки техногенных воздействий из-за затопления подземных выработок;

- комплексное изучение геомеханических, гидродинамических и биоморфологических нарушений в окружающей среде, вызываемых затоплением подземных выработок, позволяло провести качественную и количественную оценку литосферных, гидро-сферных, атмосферных и биоценотических видов загрязнений, возникающих при "мокром" способе закрытия шахт, а также дать прогноз по выявлению зон критических техногенных нагрузок на окружающую среду с целью ее сохранения в горнодобывающих районах;

- снижение негативного влияния на природные экосистемы, обеспечение их нормального существования при закрытии шахт "мокрым" способом возникло на основе разработки комплексных экологических мероприятий на базе предлагаемых методов оценки и про-

5

пюза состояния окружающей среды от воздействия подземных работ с целью установ-ления контроля за многообразием проявления загрязнений, ухудшающих качество ок- ружающей среды;

- оптимизация контроля устойчивости природных экотопов к техногенным воздействиям горнодобывающего района обеспечивается предлагаемыми усовершенствованной организационной структурой геоэкологического мониторинга, методикой оценки и прогнозом негативных проявлений и ущерба окружающей среде.

НА УЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в том, что впервые для района закрытия шахт:

- разработана и предложена методика геоэкологического прогноза изменений состояния окружающей среды;

- выявлены зоны дефолиации крон хвойных деревьев, дехромации и продолжителыю- ста жизни хвои сосны, лихеноиндикации эпифитных лишайников проективного покрытия ствола сосны и лесного мохового покрова от аэротехногенных воздействий, а также суммарной плотности выпадений элементов (Са, S, Fe) и катионов тяжелых металлов (Си, Pb, Zn) в год;

- обоснована и предложена оптимальная организационная структура геоэкологического мониторинга и установлены оптимальные границы зон его проведения на территории горнодобывающего района;

- установлены закономерности аэротехногенных загрязнений различного типа (пыли неорганической, азота диоксида, серы диоксида, углерода оксида, фенола) на лесные экосистемы и разработаны корреляционные модели объема выбросов загрязняющих веществ в атмосферу с учетом временного фактора;

- сформулированы и предложены природоохранные требования применительно к конкретным компонентам окружающей среды для их прогноза при закрытии шахт;

- разработана и предложена структура типового центра геоэкологического мониторинга горнодобывающего района;

- разработана и предложена методика оценки ущерба окружающей среды территорий от техногенного воздействия проведенных подземных работ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ заключается в предлагаемой организации системы геоэкологического мониторинга в зоне закрытия шахт, а также в разработке методики оценки и прогноза воздействия техногенных факторов на окружающую среду, возникающих при затоплении подземных выработок; обосновании размеров зон проведения геоэкологического мониторинга; в формулировке основных природоохранных требований применительно к конкретным компонентам окружающей среды для их прогноза

6

при закрытии шахт; в предложении методики оценки ущерба окружающей среде в зоне

влияния подземных выработок закрываемых шахт.

ДОСТОВЕРНОСТЬ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ

подтверждается использованием и применением разработанных методов анализа, оценки и прогноза состояния окружающей среды, представительным объемом проектных и фактических данных, хорошей сходимостью фактических и прогнозируемых значений ис-следуе.\?ых показателей состояния лесных экосистем.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Выводы и результаты исследований использованы в рабочих проектах "Организация постоянного комплексного геоэкологического мониторинга на базе специализированного центра в районе г. Сланцы" (П8476-ОПЗ), выполненном ЗАО "СПб-Гипрошахт"; "Комплекс сооружений хозяйственно-питьевого водоснабжения г.Сланцы на базе водоотлива шахты им СМ. Кирова", выполненном СПб ГУП "Инженерный центр". Эти проекты включены в состав "Проекта ликвидации шахты им. СМ. Кирова ОАО "Лешшградсланец", выполненного ЗАО "СПб-Гипрошахт" и утвержденного в 2000 г. в Государственном учреждении по вопросам реорганизации и ликвидации нерентабельных шахт и разрезов (ГУРШ), подведомственном Минпромэнерго России. В настоящее время водопроводные очистные сооружения сданы в эксплуатацию в конце 2004 г., а по специализировш и юму ца пру - закончи ia разработка рабочей докума нации. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные и отдельные положения работы, разработанные в процессе ее выполнения, докладывались на международном семинаре: "Оценка состояния бо-реальных лесов на северо-западной части Европы (Россия - США, ПАСА, Санкт-Петербург, июнь 2001 г.); на Всероссийском научно-техническом семинаре "Научно-методическое обеспечение мониторингов угольных бассейнов и месторождений России" (г.Ростов-на-Дону, сентябрь 2001 г.), на международной конференции "Проблемы рекультивации нарушенных земель промышленностью на рубеже XXI века" (Санкт-Петербург, июнь 2002 г.). В целом работа докладывалась на техническом совете ЗАО "СПб-Гипрошахт", ученом совете Центра ИНЭНКО РАН и расширенном заседании кафедры инженерных мелиорации, гидрологии и охраны окружающей среды государствен-.ного образовательного учреждения Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА РАБОТЫ заключается:

- в постановке цели работы, задач исследований и их методическом обеспечении;

- в разработке методики геоэкологического прогноза состояния территорий в зоне влияния подземных выработок закрываемых шахт;

7

- в обосновании и определении границ зон проведения геоэкологического мониторинга для района закрытия шахт;

- в разработке корреляционных моделей и установлении зависимостей объема выбро-сов загрязняющих веществ в атмосферу с учетом временного фактора, а также между аэротехногенным загрязнением лесных экосистем муниципального образования (МО) "Сланцевский район", интенсивностью загрязнения и расстоянием от объекта загрязнения; в разработке организационной структуры геоэкологического мониторинга в зоне влияния закрываемых шахт;

- в разработке структуры типового центра геоэкологического мониторинга горнодобывающего района;

- в разработке методики оценки ущерба окружающей среде в зоне влияния подземных выработок закрываемых шахт (на примере шахт им. СМ. Кирова и № 3 ОАО "Ленинградсланец").

ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации автором опубликовано девять научных работ. ОБЪЕМ И СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Изложена на 137 страницах машинописного текста, содержащих 35 рисунков, 23 таблицы и библиографию из 82 наименований.

8

1 АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОЙ СТРУКТУРЫ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО

МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК

ЗАКРЫВАЕМЫХ ШАХТ

1.1 ОБЗОР И АНАЛИЗ ПАТЕНТНОЙ И НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ В ОБЛАСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

В результате обзора и анализа патентной и научно-технической литературы в области организации и проведения геоэкологического мониторинга состояния окружающей среды в зоне влияния подземных выработок закрываемых шахт выделены следующие аспекты.

Проблемы научной организации и проведения геоэкологического мониторинга окружающей среды нашли отражение в трудах ученых и специалистов различных стран еще в прошлом веке. Впервые в СССР в конце восьмидесятых годов прошлого века академик Ю.А. Израэль [23] предложил научно-обоснованную систему контроля состояния окружающей среды, выделения антропогенных изменений на фоне естественных колебаний, представил современную точку зрения на глобальные проблемы биосферы. С экологических и геофизических позиций автор изложил концепцию мониторинга и регулирования состояния окружающей среды, оценил допустимость антропогенной нагрузки на среду с учетом ее экологического резерва и экономических аспектов. Анализируя критические антропогенные воздействия и их последствия он обосновал пути решения экологических проблем, сформулировал основные задачи и схему мониторинга, привел его классификацию, подробно описал экологический и климатический мониторинг, пути реализации.

Дальнейшее научное развитие основ мониторинга окружающей среды было дано в трудах академиков И.П. Герасимова, М.С. Гилярова и В.Е. Соколова.

Академик И.П. Герасимов [12] предложил систему слежения за биохимическими циклами миграции веществ в биосферном (глобальном) и геосистемном (региональном) мониторинге. Академик М.С. Гиляров [13] рассматривал почвенных беспозвоночных как объект экологического мониторинга. Академик В.Е. Соколов [69] разработал основы биологического мониторинга.

Профессор, д.физ.-мат.н. М.Е. Берлянд [6] на II Международном симпозиуме, посвященном комплексному глобальному мониторингу загрязнения окружающей среды (Тбилиси, октябрь 1981 г.), обосновал взаимосвязь глобального и локального мониторинга загрязнения атмосферы. Наблюдениям за факторами воздействия (главным образом,

антропогенных) д.б. уделено самое пристальное внимание. Трудно проанализировать состояние окружающей среды, выявить причины изменений в ней без тщательного изучения факторов воздействия — различных загрязняющих веществ, излучений и т.д.

В.Н. Василенко и др. [8] даны физико-химические основы созданного в стране при участии авторов нового направления контроля состояния окружающей среды-мониторинга загрязнения снежного покрова для инвентаризации выбросов предприятий и контроля загрязнения на импактном, региональном и глобальном уровнях. Снежный покров обладает рядом свойств делающих его удобным индикатором загрязнения не только самих атмосферных осадков, но и атмосферного воздуха, а также последующего загрязнения вод и почвы. При образовании и выпадении снега в результате процессов сухого и влажного вымывания концентрация загрязняющих веществ в нем оказывается обычно на 2-3 порядка величины выше, чем в атмосферном воздухе. Поэтому измерения содержания этих веществ могут производиться достаточно простыми методами и с высокой степенью надежности. Одна проба по всей толще снежного покрова дает представительные данные о его загрязнении в период от образования устойчивого снежного покрова до момента отбора пробы.

В последующие годы решением отдельных проблем и вопросов, связанных с охраной окружающей среды и восстановлением нарушенных земель в зоне подземных горных работ, занимались российские ученые: В.Л. Алексеев, Л.Б. Бабенко, ME. Берлянд, Н.П. Васильева, Н.Г. Гольцова, В.Н. Земисев, Л.П. Капелькина, Л.П.Красавин, Л.С. Левин, С. Лийв, Л.А. Лесников, Г.И. Махонина, В.А. Мироненко, В.А. Мощанский, М.А. Пашкевич, В.М. Питулько, А.А. Харионовский, В.Т. Ярмишко. Однако работы этих авторов касались действующих горных предприятий и не учитывали специфику закрытия угольных (сланцевых) шахт.

Для Прибалтийского сланцевого бассейна д.т.н. В.Н. Земисевым [41] установлены оптимальные параметры процесса сдвижения (углы сдвижения), определяющие на земной поверхности границы зон вредного влияния с различной степенью нарушенное™ пород и соответствующие им величины деформации (оседания, наклоны, кривизна, горизонтальные сдвижения).

К. г-м.н. А.С. Левиным [34] для Прибалтийского сланцевого бассейна предложена методологическая последовательность оценки и прогноза техногенных изменений массива горных пород. Нарушенный горными работами массив представляет собой геолого-промышленную систему, где изменения свойств горных пород происходит под воздействием техногенных процессов. На этой основе разработан внеэкономический локальный и региональный прогноз изменений.

I !

10

К.г-м.н. В.Л. Мощанским [44] рассмотрены методики прогнозирования изменений геологической среды, предложены научно-методические основы типологического районирования и типизации ее изменений, подходы к оценке загрязнения геологической среды под влиянием горнодобывающей промышленности, а также методические рекомендации по разработке прогнозов изменений геологической среды при антропогенном воздействии.

Д.б.н. Д.С. Орлов и В.Д. Василевская [47] рассмотрели разрушение почвы в горнопромышленных районах; техногенные процессы физической деградации и дегумифика-ции почвы, ее эрозию и дпфляцию; антропогенное опустынивание. Согласно классификации ФАО-ЮНЕП выделяются следующие типы опустынивания: деградация растительного покрова; ветровая и водная эрозия; разрушение почвенной структуры; сокращение содержания гумуса в почве; засоление и осолонцевание почвы; заболачивание; увеличение количества токсических веществ в их составе.

Членом - корреспондентом АН СССР, д.т.н. В.А. Мироненко [42] проанализирован опыт гидрогеологических исследований, ориентированных на охрану и рациональное использование подземных вод в районах интенсивного развития горных работ. На примере крупного горнопромышленного района автором разработаны рекомендации по рациональному использованию вод, откачиваемых дренажными системами шахт и разрезов, и дано обоснование соответствующих контрольно-предупредительных мероприятий, выбор зоны санитарной охраны водозаборов, планирование геофильтрационных и гидрохимических наблюдений и пр. По мере проведения подземных горных работ вокруг шахт образуются постоянно увеличивающиеся по площади депрессионные воронки, продолжается загрязнение подземных вод.

К. т. н. А.А. Харионовским [74] выполнены экспериментальные исследования очистки шахтных вод с использованием способов напорной флотации и элеюрофлотации. Полученные данные позволили провести сравнение этих способов с применяемыми в настоящее время на шахтах: тонкослойным отстаиванием и осветлением в слое взвешенного осадка. Сравнение показало, что напорная флотация и электрофлотация по основным технологическим параметрам значительно превосходят традиционные способы.

К. б. н. Л.А. Лесниковым [36] приведена классификация загрязняющих веществ по путям их поступления в поверхностные водные объекты с учетом их ассимилирующей способности и характеру трансформации в них, дана таблица зависимости сроков трансформации от температуры, оценена роль гидробионтов в этой трансформации и предложена схема расчета предельно-допустимых сбросов (ПДС). Возрастающая интенсивность использования водных ресурсов страны с одной стороны и их загрязнение промышленными сбросами с другой приводит к тому, что во многих горнодобывающих районах России

11

происходят процессы антропогенного эвтрофирования и прогрессирующего накопления загрязняющих веществ с токсическими свойствами. Их накопление в рыбе и других съедобных водных организмах может создать угрозу здоровью людей. Для предотвращения этого автором предлагается проводить расчет экологически обоснованных ПДС предприятий с учетом способности водного объекта справиться с загрязнением.

Профессор, д. б. и. Л.П. Капелькина [28] на основе многолетних исследований, проведенных на Крайнем Севере и Северо-Западе России, рассмотрела экологические ас-j пекты оптимизации техногенных ландшафтов и рационального использования земель. 1 Оценена пригодность различных горных пород и отходов производства для биологического освоения. Предложены практические мероприятия по снижению отрицательного влия-; ния отвалов на окружающую среду. Рассмотрены геохимическая трансформация почвы и изменение растительности в зоне влияния выбросов промышленных предприятий, а также условия ведения сельского и лесного хозяйства в окрестностях промышленных центров. Размещение техногенных ландшафтов в различных географических районах - от Крайнего Севера до южных границ страны, широкая амплитуда химических и физических свойств пород, вынесенных на поверхность, своеобразие горно-геологнческих, орографических, гидрологических и эдафических условий и другие особенности требуют зонального, комплексного и дифференцированного подходов к каждому рассматриваемому объекту.

Д.т.н. М.А. Пашкевич [54] обобщены результаты отечественных и зарубежных исследований в области складирования отходов, предложена более полная по сравнению с существующими классификация техногенных массивов и техногенных ореолов, рассмот-' репы проблема формирования и воздействия техногенных массивов на компоненты окружающей среды, разработана методика интегральной многофакторной оценки риска воздействия техногенного массива на окружающую среду.

! Исследованиями в европейской части России (к. б. н. Н.П. Васильева [9]) и на Ура-

ле (д. б. н. Г.И. Махонина [37]) установлено, что самозарастание отвалов угольных предприятий и формирование на них сомкнутых лесных сообществ определяется: зонально-географическим расположением отвала; наличием источников обсеменения; технологией отсыпки; условиями местообитания отвалов, определяющими режим действия экологических факторов (возраст, размеры, форма, высота и рельеф отвала, состав и свойства вмещающих пород, режим влажности и т.д.); зоогенными и антропогенными факторами.

К.б.н. А.Б. Бабенко [2] показал, что для понимания механизмов развития техногенных биогеоцинозов на шахтных отвалах необходимо иметь полное представление о составляющих их компонентах, в т.ч. о животном населении (наземной мезофауне, фауне '¦¦ позвоночных и орнитофауне). При изучении основных закономерностей восстановления

12

техногенных ландшафтов должны стать почвенно-зоолошческие работы, касающиеся роли почвенной фауны в ускорении этого процесса.

Англичане Уильям Дж. Мэннинг и Уильям Л. Федер [38] показали, что основным обьектом внимания авторов являются "биомониторы", т.е. растения, которые могут служить индикаторами наличия в окружающем воздухе загрязняющих веществ и использоваться для мониторинга загрязнения атмосферы. Высшие и низшие растения могут использоваться в качестве биоиндикаторов загрязнения в двух случаях: если они накапливают в своих тканях загрязняющие вещества в гораздо более высоких концентрациях в геофизических средах, или если их чувствительность к воздействию определенных загрязняющих веществ резко отличается от чувствительности всех остальных растений. Рассмотрен механизм превращения растения в монитор, дано обстоятельное объяснение целесообразности использования растений в качестве биомониторов в системе определения качества атмосферного воздуха и в комплексе с приборами для получения количественных оценок для совершенствования сети мониторинга.

Профессор, д.б.н. В.Л. Алексеев [1] привел сведения по воздействию наиболее распространенных в стране антропогенных атмосферных загрязнителей - преимущественно окислов серы с различными примесями — на лесные фитоценозы и их почвы. Рассмотрены данные об источниках и резервуарах серы в биосфере, ее роль как элемента питания и загрязнителя, вопросы диагностики повреждений деревьев и древостоев загрязнителями, их влияние на лесные почвы и химический состав растений. Центральное место в монографии занимает рассмотрение данных о воздействии загрязнителей на эдифицирующую синузию лесных фитоценозов - древостой и слагающие его особи. Среди них - изменения морфологической структуры крон деревьев, рост, продуктивность, жизненное состояние деревьев и древостоев, изменения в плодоношении и возобновлении древесных пород. Особый интерес представляют материалы о взаимодействии с загрязнителями мхов и эпифитных лишайников покрова. Большое внимание в работе уделено вопросам поглощения и трансформации атмосферных загрязнителей лесными почвами, оценке тенденций в изменении доступности для растений элементов минерального питания. Эти вопросы чрезвычайно актуальны в связи с большой буферностыо почвы и длительностью сохранения в ней некоторых поллютан-тов, препятствующих восстановлению коренной растительности.

Д. б. н. В.Т. Ярмишко [82] изучено влияние атмосферных промышленных выбросов комбината "Североникель" на экосистемы сосновых лесов и их компоненты на Кольском полуострове на рубеже двух тысячелетий. В монографии обобщены итоги многочисленных собственных экспериментальных данных автора и сведения из литературных источников, отражающие основные изменения растений разных таксонов и разных ярусов лесных

13

фитоценозов под влиянием аэротехногенного загрязнения. Им приведены многолетние результаты изучения особенностей строения, биологического разнообразия, продуктивности и жизненного состояния сосняков лишайниковых и зеленомощных в условиях разных уровней промышленного атмосферного загрязнения на Европейском Севере. Значительное внимание уделено динамическим процессам в исследуемых сообществах, показаны основные стадии дигрессии сосновых лесов под воздействием атмосферных загрязнителей. . ! В конце XX века в связи с реструктуризацией угольной отрасли в России возникла проблема организации специальных систем наблюдений и оценки состояния окружающей , среды (мониторинга) в местах интенсивного антропогенного воздействия в районах за-; крываемых шахт. Теоретические и экспериментальные исследования в данной области 1 нашли отражение в трудах отечественных Б.В. Боревского, В.М. Еремеева, В.Е. Зайден-варга, Ю.А. Норватова, Я.Г. Семикобылы и зарубежных авторов Ф.-К. Бентзауца, В. Фрица и К.-Ф. Якоба. Работы этих ученых и специалистов использовались автором при написании диссертации.

Профессором, Д.Т.Н. Б.В. Боревским [7J изложены принципы организации и ведения мониторинга месторождений твердых ископаемых, определены цели и задачи, сформулированы требования к составу информации. Требования предназначены для органов управления государственным фондом недр и должны использоваться при выдаче лицензий на пользование участками недр для добычи твердых полезных ископаемых и обеспечении ! ведения объективного уровня мониторинга на указанных месторождениях.

В развитие данного нормативного документа творческим коллективом под руково-; дством профессора, д.т.н. В.Е. Зайденварга [21] разработаны в соответствии с Постанов-[ лениями Правительства Российской Федерации и нормативно-методическими документами угольной отрасли основы проектирования горно-экологического мониторинга уже непосредственно при закрытии угольных шахт. В нем обобщен имеющийся опыт закрытия шахт в Кузбассе и результаты НИР по экологическим аспектам закрытия шахт за 1999-2000 г., выполненных СФ ВНИМИ и ЗЛО Типроуголь". Приведена структура и основные положения нормативно-методического документа по проектированию горно-экологического мониторинга при закрытии шахт в угольной отрасли, организации наблюдательной сети, регламенту наблюдений по водо-пылегазовому режиму, источникам загрязнения водо-воздушной среды и биосферы, приведены критерии к выходу из горно-экологического мониторинга непосредственно после закрытия шахты как юридического ; I лица, структура и организация служб мониторинга на шахтах и в угольном районе.

Профессор, д.г-м.н. Ю.А. Норватов [51] предложил для создания систем мониторинга гидродинамических, геомеханических и геодинамических процессов на территориях

: и

затапливаемых шахт типизацию шахтных полей закрываемых шахт по организации гид-; рогеологических наблюдений, методике их выполнения и интерпретации; сформулировал ! требования к организации маркшейдерских наблюдений за активизацией процесса сдви-жсня массивов горных пород; разработал предложения по развертыванию систем сейсмического мониторинга на полях закрываемых шахт, методике наблюдений, обработке их результатов.

В те же годы В.М. Еремеевым [19] и Я.Г. Семикобылой [22] на основе исследований были сделаны первые попытки обобщения научных основ геоэкологического мониторинга района закрываемых шахт.

Академиком АГН и МАНЭБ, профессором, д.т.н. В.М. Еремеевым [19] рассмотрены природные и техногенные факторы, влияющие на развитие опасных экологических последствий закрытия неперспективных угольных шахт Восточного Донбасса, требования ; по обеспечению экологической безопасности в зоне их влияния, а также технические решения по профилактике, ослаблению и нейтрализации вредных последствий ведения подземных горных работ. Приведены организационные схемы, методы и средства геодинами-! ческого, гидрогеологического, газодинамического и других видов горно-экологического мониторинга. Сформированы концептуальные основы функционирования регионального центра мониторинга промышленной и экологической безопасности. Изложены методические принципы обеспечения геоэкологического мониторинга закрытия угольных шахт.

Профессором, д.т.н. Я.Г. Семикобылой [22] обобщены исследования по аспектам геоэкологического мониторинга района закрываемых шахт; приведены характеристики техногенных нарушений поверхности территорий района закрываемых шахт; методика проведения инженерно-экологических изысканий и полевого обследования района закрываемых шахт.

В данных двух монографиях рассмотрены два важнейших аспекта геоэкологиче-| ского мониторинга: во-первых, планирование и проектирование соответствующих мероприятий и, во-вторых, их реализация на практике. Первая функция в общем случае трак-. туется как процесс выработки, оценки и выбора решений, обеспечивающих достижение

i

I цели наиболее эффективным способом. При этом методология планирования и проектирования становится главной сферой приложения системных концепций на пути обеспечения экологической безопасности угледобывающего района. Второй практический аспект рассматриваемой проблемы иллюстрирует рассмотренные организационные схемы, методы и технические средства геоэкологического мониторинга в зоне влияния закрываемых шахт. Кроме того, Я.Г. Семикобылой даны три методики:

15

i i

t i t i i i i i

- составления кадастра техногенных нарушений, как основы горно-экологического мониторинга;

- оценки устойчивости природно-хозяйственной системы территории района закрываемых шахт к техногенезу от проведения подземных работ;

, - проверки соответствия требованиям экологической безопасности технологических 1 схем эксплуатации и закрытии (консервации) предприятий подземной добычи угля.

При проведении реструктуризации убыточных шахт специалисты угольной отрасли европейских стран (Великобритания, Германия, Франция и др.) сталкивались с теми же эко-; логическими проблемами, что и угольная промышленность России в настоящее время [5, 81]. Экологические проблемы рассматривались зарубежными авторами на этапах, начиная с предварительного планирования добычи угля до рекультивации земель после закрытия предприятий или создания новых видов производства на восстановленных территориях. Этим и объясняется появление в Европе нового термина — "горно-санирующие работы". Так в Германии вопросы санирования при добыче угля подземным способом в условиях значительного объема природовосстановительных работ при закрытии шахт приобрели большое значение. При этом стала учитываться горно-санирующая деятельность, при которой важнейшее значение уделяется объединению не только экологических аспек-, тов на нарушенных горными работами территориях, но и возобновлению производствен-1 ного использования элементов закрытых предприятий или создания новых производств. Для реализации этого направления в природоохранной и санирующей деятельности соз-| даны специальные приватизированные организационно-технологические структуры, ко-торые в своей деятельности теснейшим образом взаимодействуют с соответствующими федеральными и земельными правительственными органами страны.

Технологические схемы породного хозяйства угольных шахт определяются направлением движения основных потоков породы от мест ее получения до мест размещения. С учетом этого основного положения технологические схемы м.б. разделены на три группы:

шахта-поверхность - вся порода или часть ее, содержащаяся в рядовом угле, выдается на поверхность и складируется в отвалах;

шахта-иоверхность-шахта — вся порода или часть ее в смеси с углем выдается на по-, верхность; после обогащения рядового угля полученные отходы в необходимом коли-1 честве спускаются в шахту и размещаются в выработанном пространстве в виде закладочного материала; шахта-шахта — вся порода оставляется в подземных выработках.

16

i !

! I I I I I

В Западно» Европе все большее распространение получает вторая группа шахта-поверхность-шахта, когда порода от проведения горных выработок оставляется на месте ее получения, а порода, выделенная из рядового угля после его обогащения на поверхности, возвращается в выработанное пространство очистных забоев в виде закладочного материала. Третья группа в опытном порядке испытывалась в Германии на шахте "Константин Великий", но из-за сложности и высокой стоимости работ пока себя еще не оправдала.

В России, в основном, применяется первая группа, т.к. в стране отсутствуют специальное оборудование и технология закладки горных выработок. Поэтому вторая группа считается экономически невыгодной.

1.2 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИРОДНЫХ УСЛОВИЙ РАЙОНА ИССЛЕДОВАНИЙ

Ленинградское (Гдовское) месторождение горючих сланцев — полезного ископаемого из твердых каустобиолитов, открытое и разведанное под руководством Н.Ф. Погре-бова в 1927-1929 годах, является частью Прибалтийского сланцевого бассейна и расположено в двух областях Российской Федерации: Ленинградской и Псковской. Район исследования - эксплуатируемая часть Ленинградского месторождения в границах муниципального образования (МО) "Сланцевский район".

МО "Сланцевский район" расположено на юго-западе Ленинградской области в междуречьи Луги и Нарвы и граничит: на западе с Республикой Эстония по р. Нарве, на севере и