Некоторые аспекты о порядке контроля за выделением газов на земную поверхность



Предыдущая | Следующая

 

Некоторые аспекты о порядке контроля за выделением газов на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт Восточного Донбасса Реструктуризация угольной промышленности Восточного Донбасса привела к ликвидации убыточных и нерентабельных шахт. К концу 2005 г. прекратили свое существование и находятся в стадии ликвидации 51 шахта. Одновременное закрытие большого количества шахт привело к возникновению целого ряда проблем по ликвидации негативных экологических последствий горного производства. Возникли ранее неизвестные природные и техногенные явления, связанные с нарушением режима подземных и поверхностных вод, с подтоплением территорий, с загрязнением водоемов и водотоков, выходом на дневную поверхность «мертвого воздуха». Возникла опасность геотектонических проявлений, связанных с перераспределением напряженности горного массива. В процессе затопления активизировался процесс образования провалов земной поверхности над подработанной толщей и у ранее ликвидированных вскрывающих выработок. Поэтому проблемы экологической безопасности в Восточном Донбассе приобрели первостепенную актуальность и потребовали отлаженной системы наблюдения, оценки и прогноза сложившейся на территориях закрываемых шахт социально-экологической ситуации, а также разработки предложений и конкретных мероприятий по локализации негативных проявлений.
С этой целью с 1998 г. в углепромышленных регионах страны Государственным учреждением по вопросам реорганизации и ликвидации нерентабельных шахт и разрезов (ГУ «ГУРШ») стали создаваться центры горно-экологического мониторинга. Один из таких центров в конце 2000 г. был создан в г. Шахты Ростовской области, который стал вести горно-экологический мониторинг за влиянием вредных последствий на окружающую природную среду, связанных с закрытием шахт в Восточном Донбассе. Основная задача центра — отслеживание и контроль всех происходящих на территории ликвидируемых шахт региона изменений для решения проблем экологии в ликвидационный и постликвидационный периоды.
Центр социально-экологических последствий ликвидации шахт Восточного Донбасса (ЦСЭМ ВД) выполняет работы согласно объединенному рабочему проекту «Мониторинг социально-экологических последствий ликвидации шахт Восточного Донбасса», в рамках проектов ликвидации каждой закрытой шахты во всех пяти угольных регионах Ростовской области: Шахтинском, Новошахтинском, Гуковском, Шолоховском и Донецком на площади 774 кв. км.
Система организации горно-экологического мониторинга предусматривает выполнение работ по следующим направлениям: гидромониторинг, газомониторинг, гидрогеомеханический мониторинг, геодинамический мониторинг, мониторинг земельных ресурсов, создание информационно-аналитической базы данных (ГИС-проекты).
За годы деятельности Центра мониторинга наработана солидная база данных, которая помогает анализировать обстановку в регионе, делать прогнозы на будущее и своевременно принимать необходимые меры по ослаблению негативного воздействия на окружающую среду при закрытии угольных шахт.
Одним из приоритетных направлений деятельности Центра мониторинга в обеспечении безопасной жизнедеятельности населения региона является контроль за выделением газов на земную поверхность, который осуществляется в заглубленных объектах домовладений и административно-промышленных зданий, газодренажных трубах на устьях ликвидированных вскрывающих выработок, в почвенном воздухе угрожаемых и опасных зон на территориях горных отводов ликвидируемых шахт.
В настоящее время в регионе установлено 230 угрожаемых и 28 опасных зон общей площадью 9 084 га на 39 горных отводах ликвидируемых шахт, где расположено свыше 11 тыс. жилых домов и более 170 административно-промышленных зданий.
Количественная характеристика угрожаемых и опасных зон по угольным районам представлена в таблице.
По результатам периодического контроля газовоздушной смеси (ГВС) в объектах газомониторинга и почвенного воздуха выполняется корректировка зон. В связи с обнаружением опасных концентраций диоксида углерода и пониженного содержания кислорода в подвалах, погребах, водопроводных колодцах жилого сектора, расположенных в угрожаемых зонах, были введены опасные зоны на шахтах «Комиссаровская», «Глубокая», «Южная», им. Кирова. В результате за четырехлетний период наблюдений количество опасных зон возросло с 11 (общей площадью 5,53 га) до 28 (общей площадью 13,9 га).
При анализе базы данных многолетних наблюдений в большинстве случаев проникновение вредных газов в заглубленные объекты фиксируется в теплое время года при перепадах атмосферного давления. В качестве примера на рисунке пред ставлена динамика газовыделения в погребе домовладения хутора Тацин на горном отводе шахты «Комиссаровская».
На сегодняшний день установлено более 100 проблемных заглубленных объектов, в помещениях которых содержание кислорода составляет менее 17 %. «Мертвым» воздух считается потому, что не пригоден для дыхания и коварен тем, что не имеет ни цвета, ни запаха и может быть обнаружен только с помощью специальных приборов. Специалистами Центра в год выполняется свыше 30 тыс. экспресс-анализов и около 1 000 лабораторных анализов газовоздушной массы. Но суть работы Центра состоит не только в систематических замерах газа, но и в постоянной разъяснительной работе с жителями:
им выдаются памятки, где указано, как безопасно эксплуатировать подвалы, погреба, колодцы с учетом времени года, температуры наружного и атмосферного воздуха.
Для обеспечения безопасных условий проживания людей Центром мониторинга выполняются технические мероприятия по локализации вредных газовыделений: газоизоляция полов и стен, устройство вентиляции объекта.
Наиболее опасным для жизнедеятельности людей объектом газомониторинга является жилой дом по улице Твардовского в г. Шахты (опасная зона шахты «Глубокая»), где в подвале зафиксированы максимально опасные концентрации газов в условиях пониженного атмосферного давления:
СО2 — 13 % и О2 — 3 %.
Осуществляемый ЦМ газомониторинг руководствуется «Инструкцией о порядке контроля за выделением газов на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт» (Кемерово, 1998 г.). Данная инструкция разработана на основе положений «Правил безопасности в угольных шахтах», «Инструкции по защите зданий от проникновения метана» (Макеевка, 1986 г.), «Отраслевой инструкции о порядке ликвидации и консервации предприятий по добыче угля (сланца)» (Москва, 1997 г.), «Руководства по предотвращению вредного влияния подземных разработок» содержит основные требования к порядку определения угрожаемых и опасных по выделению газов на земную поверхность зон и контролю за их выделением при ликвидации (консервации) шахт. Следует обратить внимание, что в настоящее время «Инструкция…» является единственным нормативным документом, регламентирующим порядок контроля за газовыделениями в период ликвидации шахт, которая разработана для Кузбасса. Поэтому в ней предусмотрен контроль метана, оксида и диоксида углерода. Однако, для Восточного Донбасса характерен выход «мертвого воздуха», где решающим фактором является контроль кислорода, необходимого для дыхания. Считаем, что назрела объективная необходимость в редактировании «Инструкции о порядке контроля за выделением газов на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт».
Используя уникальный опыт газомониторинга на горных отводах ликвидируемых шахт, считаем необходимым внести в инструкцию ряд изменений (дополнений), перечисленных ниже.
После утверждения рабочего проекта горно-экологического мониторинга ликвидируемой шахты контроль за газовой ситуацией в опасных и угрожаемых зонах должен осуществляться рабочими группами, входящими в состав регионального центра мониторинга.
• Порядок проведения контроля за выделением газов на земную поверхность в период и после ликвидации (консервации) шахт, исходя из опыта, предлагается проводить со следующей периодичностью:
— на выходе из газодренажных труб и газогидронаблюдательных скважин — 2 раза в месяц;
— в зданиях и заглубленных объектах жилых домов и административно-промышленных зданий, расположенных в угрожаемой зоне, — 2 раза в месяц;
— в зданиях и заглубленных объектах жилых домов и административно-промышленных зданий, расположенных в опасной зоне, — 3 раза в месяц.
• По вопросу корректировки опасных и угрожаемых зон и прекращению контроля при отсутствии ликвидационных комиссий функции председателя ликвидационной комиссии закрепить за региональными центрами мониторинга.
• Конкретизировать перечень контролируемых газов, выделяемых на земную поверхность при ликвидации шахт для разных угольных бассейнов. Для ликвидируемых шахт с несамовозгорающимися углями исключить контроль СО.
В новую редакцию необходимо включить контроль О2.
• Для определения содержания кислорода в воздухе применять переносные газоанализаторы типа ПГА-7, ПГА-200 и т.п.
• Определить опасные концентрации выделяемых газов, в том числе и на кислород, для различных категорий объектов:
— жилых и производственных помещений;
— подвалов, погребов, водопроводных колодцев и прочих заглубленных объектов;
— почвенного воздуха.
• Добавить в методику прогноза участков земной поверхности, угрожаемых по выделению газов, что на вертикальных стволах, шурфах и скважинах большого диаметра, с углом наклона более 45о С, зона возможного распространения трещин простирается в радиусе 25м от оси выработки.
• Рекомендуется установить порядок уточнения границ опасного участка при обнаружении в заглубленных объектах жилых домов и административно-промышленных зданий угрожаемой зоны опасных концентраций СО2 и (или) О2, т. е. сетку напочвенной газовой съемки, и на каком расстоянии от шпура с опасной концентрацией устанавливается граница опасной зоны. Предлагается следующий порядок выполнения напочвенной газовой съемки:
— в 50 м от периметра крайнего жилого дома или производственного здания намечаются пункты бурения шпуров по 4 осям (а не по двум, как определено в инструкции). При отсутствии опасных концентраций СО2 и (или) О2 в почвенном воздухе проводят замеры по намеченным осям в обратном направлении на расстоянии 25 м, 12,5 и 6,5 м от объекта. Выполнение напочвенной съемки по 4 осям даст возможность контроля почвенного воздуха в радиусе 50 м от опасного объекта всех граничащих с ним домовладений;
— в случае обнаружения опасных концентраций СО2 и (или) О2 в почвенном воздухе на расстоянии 50м от опасного объекта требуется продолжить напочвенную съемку за пределами намечаемой пятидесятиметровой зоны с шагом 10 м по намеченным осям до получения шпура с безопасными концентрациями газов;
— граница опасной зоны устанавливается на половине расстояния между безопасным шпуром и шпуром, в котором концентрация О2 в почвенном воздухе менее 17 % и (или) СО2 более 0,5 %, чем фоновое содержание.
• В Инструкции приведены косвенные признаки выделения газов на поверхность, характерные для метана. Необходимо указать косвенные признаки и для «мертвого воздуха». Теоретически и практически недостаток кислорода вызывает головные боли у людей, повышенное содержание диоксида углерода — учащенное дыхание, а повышенное содержание углекислого газа в почвенном воздухе растительность не угнетает. Считаем, что одним из факторов, указывающим на возможность выхода «мертвого воздуха», является обнаружение в заглубленных объектах домовладений и производственных зданий газов на уровне 0,5-1 ПДК, т. е.
СО2=0,25-0,5 % и О2 =17-18,5 %.
• Установить, как минимум, два способа отбора проб почвенного воздуха на лабораторный анализ как «мокрым способом», так и накачиванием в резиновые камеры. Следует отметить, что «мокрый способ» отбора пробы воздуха неприменим для точного определения углекислоты, хорошо растворимой в воде. Поэтому в Восточном Донбассе, по рекомендации ОВГСО Ростовской области, отбор пробы воздуха производится в резиновые камеры. Для минимизации погрешности перед набором проб камера тщательно промывается путем трехкратного накачивания в нее анализируемого воздуха и вытеснения его.
• С учетом практического опыта, считаем нецелесообразным при определении фоновых значений газов в почвенном воздухе производить отбор на лабораторный анализ по две пробы из каждого намеченного пункта измерений.
Рекомендуется в каждом из пяти намеченных пунктов измерений выполнять экспресс-анализы почвенного воздуха, а в двух из 5 шпуров отбирать по одной пробе почвенного воздуха на лабораторный анализ. Этого вполне достаточно для расчета усредненного фонового содержания газов в почвенном воздухе, что значительно позволит сократить объемы лабораторных работ.
• Установить критерии отсутствия выделений газов, как в почвенном воздухе, так и в заглубленных объектах домовладений и производственных зданий, в жилых помещениях. Учитывая, что в составе атмосферного воздуха всегда содержится СО2 более 0,04 %, а увеличение концентрации диоксида углерода до 0,25 %, т. е. 0,5 ПДК, при содержании кислорода не менее 20 % напрямую может быть связано с жизнедеятельностью людей, предлагается установить следующий критерий отсутствия газовыделений в жилых помещениях и заглубленных объектах домовладений и производственных зданий: СО2?? 0,25 % и О2?? 20 %.
Учитывая, что увеличение содержания диоксида углерода в почвенном воздухе может быть вызвано окислительными процессами, протекающими в почве, и не связано с ликвидацией шахт, то, из практики, содержание СО2 менее 0,5 % при О2 более 20 % в почвенном воздухе можно считать как фоновое содержание и приравнивать к отсутствию газовыделений. Исходя из этого, целесообразно упростить порядок установления фоновых концентраций в почвенном воздухе.
Предлагается при регистрации в почвенном воздухе угрожаемой или опасной зон концентраций СО2?? 0,5 % и О2?? 20 %, подтверждающихся лабораторными анализами, дальнейшее определение фоновых значений за пределами угрожаемых и опасных зон не производить.
• Уточнить обязательность контроля почвенного воздуха для перевода угрожаемых зон в неопасные как в жилой застройке, так и за ее пределами, при отсутствии выделений из устьев и (или) в заглубленных объектах домовладений и производственных зданий. Кроме того, необходимо привести сетку выполнения напочвенной съемки для такой корректировки, так как в Инструкции приведена методика только для метанового загрязнения при установлении опасных зон.
По мнению специалистов ЦСЭМ ВД, необходимо производить контроль почвенного воздуха с целью любого вида корректировок зон как из угрожаемых в опасные, так и при переводе опасных в угрожаемые или угрожаемых в неопасные. С целью проведения корректировок угрожаемых и опасных зон рекомендуется напочвенную съемку выполнять только в теплый период года (лето-осень), когда отмечается увеличение интенсивности миграции газа из выработанного пространства в связи с нагревом воздуха и почвы, что необходимо отметить в новой редакции Инструкции.
Предлагается, при отсутствии газовыделений в заглубленных объектах жилого сектора угрожаемых зон не менее чем в течение 6 мес после полного затопления выработанного пространства ликвидируемой шахты или 12 мес «сухой» или комбинированной ликвидации проводить однократную напочвенную газовую съемку в селитебной застройке по профилям вдоль и вкрест простирания пласта или параллельно границе угрожаемой зоны на расстоянии 50 м между шпурами, а на незастроенной территории — аналогично, но на расстоянии 100 м. Отсутствие в течение длительного времени газовыделений в жилом секторе после затопления шахты является гарантом безопасных условий проживания.
Поэтому считаем целесообразным увеличение расстояния между шпурами до 50(100) м, что позволит значительно сократить объемы газомониторинга. В проектах мониторинга ликвидируемых шахт Восточного Донбасса установлены площадные угрожаемые зоны, расположенные не только в жилой застройке, но и далеко за пределами населенных пунктов, приуроченные к району геологических нарушений и выходов пластов под наносы. По мнению специалистов ЦСЭМ ВД, в таких зонах целесообразно проводить напочвенную съемку в случаях нового строительства, прокладки коммуникаций для прогнозирования возможного газовыделения или при списании зон. При этом рекомендуется напочвенную газовую съемку выполнять по профилю, намечаемому вдоль простирания зоны по центральной оси, с расстоянием между шпурами 100 м.
Для перевода угрожаемых зон в неопасные, приуроченных к устьям ликвидированных вскрывающих выработок, предлагается следующий порядок выполнения напочвенной газовой съемки:
— в зоне вертикальных выработок намечаются семь пунктов контроля почвенного воздуха — один на устье и шесть пунктов на расстоянии 25 м от устья, радиально по длине окружности с шагом 25 м;
— в зоне наклонных выработок намечаем не менее 11 пунктов контроля — по оси выработки 5 пунктов — один на устье и последующие четыре с шагом 10 м по падению выработки;
и по 3 шпура на линиях, расположенных параллельно оси выработки на расстоянии 10 м влево и вправо от оси, с шагом между шпурами — 10 м. В зависимости от безопасной глубины участка и угла наклона вскрывающей выработки количество осевых шпуров может быть увеличено. Предложенная схема бурения шпуров в районе устьев ликвидированных вскрывающих выработок позволит провести контроль почвенного воздуха в зоне возможного распространения трещин и выхода газов на земную поверхность.
• При «мокром» способе затопления шахты установить перевод опасных участков сначала в угрожаемые, а спустя не менее шестимесячного контроля как угрожаемой зоны разрешить перевод в неопасную. Также следует добавить, что корректировка зон должна производиться по результатам периодического контроля атмосферы всех объектов газомониторинга шахты, включая здания и сооружения, заглубленные объекты жилых и производственных помещений, устья ликвидированных вскрывающих выработок и газонаблюдательных скважин.
• При ликвидации шахты «сухим» или комбинированным способом перевод угрожаемых зон производится не ранее чем через 12 мес после ликвидации всех вскрывающих горных выработок, а не после ликвидации шахты, так как ликвидация шахты — емкое понятие, включающее не только решение технических вопросов, но и финансовую, юридическую сторону и пр.
• Необходимо установить критерий стабилизации уровня затопления. Из практики ведения горно-экологического мониторинга предлагается, считать стабильным, установившимся уровень затопления шахты в пределах сезонных колебаний ±3 м в течение не менее 6 мес наблюдений.
• Включить в новую редакцию Инструкции возможность уменьшения количества пунктов контроля в объектах жилой застройки угрожаемой зоны (в 5—10 раз) через 6 мес с начала контроля и отсутствия газовыделений на основании решения постоянно действующей комиссии (ПДК).
На площади горных отводов ликвидируемых шахт Восточного Донбасса имеют место случаи газовыделений с СО2>0,5 % и пониженным содержанием кислорода, как из ликвидированных вскрывающих выработок, так и в подвальные помещения домовладений по уже затопленным шахтам в течение длительного времени. Это указывает на отсутствие прямой связи вытеснения газов на земную поверхность от подъема уровня затопления. Поэтому предлагается добавить в Инструкцию пункт о запрещении прекращения контроля за выделением газов на поверхность при наличии опасных концентраций газов в пунктах наблюдений (устья, заглубленные объекты жилых домов и производственных зданий), независимо от гидродинамического состояния ликвидируемой шахты.
• В практике ведения газомониторинга на площади горных отводов ликвидируемых шахт Восточного Донбасса имеют место случаи локального обнаружения опасных концентраций СО2 в почвенном воздухе угрожаемых зон после затопления шахты, например в пределах 0,5-2 % при фоном значении 0,3 %. В то же время за весь период наблюдений в процессе затопления шахты (порядка 5 лет) проникновения вредных газов с пониженным содержанием кислорода в подвальных помещениях жилого сектора не обнаружено. В соответствии с действующей инструкцией в данном случае возникает необходимость перевода угрожаемых зон уже в опасные, несмотря на отсутствие газовыделений в жилом секторе. По мнению специалистов ЦСЭМ ВД, в данном случае повышенное содержание диоксида углерода в почвенном воздухе, возможно, не связано с ликвидацией шахты.
В этой ситуации по решению ПДК возможно корректировку угрожаемой зоны отложить, контроль атмосферы заглубленных объектов жилого сектора необходимо продолжить в прежнем режиме, а контроль почвенного воздуха повторить в теплое время следующего года.
• Необходимо установить сроки разработки и реализации мероприятий по защите зданий и жилых помещений от проникновения газов. Кроме того, необходимо установить срок контроля проверки эффективности выполненных мер по защите объектов от проникновения газов. Предлагается разработку и реализацию мероприятий по предотвращению проникновения газов в жилые, производственные помещения или заглубленные объекты жилого сектора (подвалы, погреба, водопроводные колодцы и т. п.) осуществлять в кратчайшие сроки, но не более шести месяцев с момента обнаружения опасных концентраций газов. Считаем целесообразным установить срок контроля проверки эффективности выполненных мероприятий в течение двенадцати месяцев с периодичностью контроля, соответствующей опасной зоне.
При подтверждении безопасных условий жизнедеятельности в течение двенадцатити месяцев считаем возможным контроль атмосферы в этих объектах прекратить.
Определить порядок перевода неопасной части горного отвода в опасную зону, где по обращениям или жалобам жителей экспресс-анализом обнаружены опасные концентрации газов в заглубленных объектах жилых домов или производственных зданий и подтверждены результатами лабораторных анализов.
• Целесообразно добавить в новую редакцию Инструкции меры по защите от проникновения «мертвого воздуха» на земную поверхность и памятку для населения, проживающего в районах ликвидируемых шахт, с предупреждением об опасности выхода «мертвого воздуха».
Внесение указанных изменений и дополнений в новую редакцию «Инструкции о порядке контроля за выделением газов на земную поверхность при ликвидации (консервации) шахт» для специфических условий Восточного Донбасса позволит более качественно осуществлять мониторинг газодинамических процессов, что обеспечит получение надежных прогнозных оценок уровня безопасности в пределах территорий горных отводов ликвидируемых шахт.
Проблемы, связанные с последствиями ликвидации шахт, невозможно решить за короткий срок. Как показывает мировая практика, на это уйдут годы и годы, так как негативные процессы после закрытия шахт могут проявляться даже через десятки лет. А это значит, что контроль за экологической обстановкой на территориях закрытых шахт необходимо вести постоянно для обеспечения безопасных условий жизнедеятельности населения.