Закономірності розповсюдження токсичних елементів, оцінка та прогноз токсичності продуктів видобутку та відходів переробки антрацитів Донбасу

Аналітичний огляд наукових робіт дозволив установити існування важливої наукової проблеми, сформулювати мету та завдання досліджень, що подані в загальній характеристиці дисертації.

Розділ 2. Об’єкти, обсяг, методика й засоби дослідження продуктів видобутку та відходів переробки вугілля

Об’єктом досліджень вибрані шахтні поля, розташовані в межах Головної синкліналі Донбасу (Должансько-Ровенецький та Боково-Хрустальський вугленосні райони), що є основними (до 70, 0%) з видобутку антрациту. Випробувано 265 гірничих виробок по 84 шахтопластах 36 шахт ДХК “Свердловантрацит”, “Ровенькиантрацит”, “Антрацит” та “Донбасантрацит”, відібрано 624 зразки вміщуючих порід та породних прошарків, 896 зразків вугілля. В них аналітичними дослідженнями встановлено вміст 43 хімічних елементів. Для оцінки токсичності нами вперше була запропонована методика, яка передбачає визначення таких показників токсичності, як загальна кількість токсичних елементів, загальна та середня суми питомих частот стрічання, загальна та середня суми кратностей перевищення гранично допустимих концентрацій, вміст та роль найбільш розповсюдженого токсичного елемента, а також хімічний тип, клас та підклас токсичності. Токсичність може бути подана у вигляді формули й зображена графічно. Кількісна оцінка показника токсичності виконується після визначення його рейтинга, прогнозна – з урахуванням сукупного показника (середнього рейтинга) для об'єктів одного рівня (шахтопласта, шахтного поля, холдингової компанії). За значенням середнього рейтинга складені кадастр токсичності продуктів видобутку (гірська маса та вугілля) та відходів переробки (зола вугілля) шахтопластів, пластів, шахтних полів та холдингових компаній, 128 прогнозних карт токсичності продуктів видобутку й відходів переробки антрацитів пластів h7+h7в, h8+h8в, h10+h10в та шахтних полів.

Розділ 3. Токсичні елементи у продуктах видобутку та відходах переробки вугілля шахтопластів, шахтних полів та ДКХ “Свердловантрацит”, “Ровенькиантрацит”, “Антрацит” та “Донбасантрацит”

У продуктах видобутку та відходах переробки антрациту встановлені такі токсичні елементи, як берилій, ванадій, вісмут, кобальт, літій, марганець, мідь, молібден, миш'як, нікель, ніобій, ртуть, свинець, сурма, фосфор, хром та цинк. У гірській масі, вугіллі та золі вугілля відзначені ванадій, літій, марганець, миш'як, свинець, фосфор, хром і сурма, у гірській масі та золі вугілля – берилій, вісмут, кобальт, мідь і молібден, у вугіллі та золі вугілля – цинк і нікель, у гірській масі та вугіллі – ртуть, у вугіллі – ніобій.

У гірській масі шахтопластів виявлено від 4 (ДХК “Свердловантрацит”) до 12 (ДХК “Донбасантрацит”) токсичних елементів, з яких тільки миш’як та хром встановлені в усіх холдингових компаніях. За зростанням їх у гірській масі шахтопластів холдингові компанії розміщені: “Свердловантрацит” (4), “Ровенькиантрацит” (7), “Антрацит” (7) та “Донбасантрацит” (12), а за поширеністю – “Ровенькиантрацит” (17, 4%), “Донбасантрацит” (22, 3%), “Антрацит” (22, 4%) та “Свердловантрацит” (35, 0%). У гірській масі шахт відмічено від 3 (ДХК “Ровенькиантрацит” та “Антрацит”) до 6 (ДХК “Донбасантрацит”) токсичних елементів, з яких тільки миш’як поширений в усіх холдингових компаніях. За числом токсичних елементів холдингові компанії розміщені у такому порядку: “Ровенькиантрацит” (3), “Антрацит” (3), “Свердловантрацит” (4) та “Донбасантрацит” (6), а за поширеністю – “Свердловантрацит” (36, 4%), “Донбасантрацит” (39, 4%), “Ровенькиантрацит” (45, 8%) та “Антрацит” (50, 0%).

У вугіллі шахтопластів встановлено від 4 (ДХК “Свердловантрацит”) до 11 (ДХК “Донбасантрацит”) токсичних елементів, з яких тільки миш'як та ртуть виявлені в усіх холдингових компаніях. За їх зростанням холдингові компанії розміщені: “Свердловантрацит” (4), “Ровенькиантрацит” (5), “Антрацит” (6) та “Донбасантрацит” (11), а за поширеністю – “Ровенькиантрацит” (8, 7%), “Свердловантрацит” (11, 6%), “Донбасантрацит” (23, 0%) та “Антрацит” (27, 3%). У вугіллі шахт виявлено від 2 (ДХК “Свердловантрацит”, “Ровенькиантрацит” та “Антрацит”) до 8 (ДХК “Донбасантрацит”) токсичних елементів, з яких тільки ртуть встановлена повсюдно. За їх зростанням холдингові компанії розташовані: “Сверд-ловантрацит” (2), “Ровенькиантрацит” (2), “Антрацит” (2) та “Донбасантрацит” (8), а за поширеністю – “Ровенькиантрацит” (12, 5%), “Свердловантрацит” (18, 2%), “Донбасантрацит” (29, 6%) та “Антрацит” (66, 7%).

У золі вугілля шахтопластів та шахт виявлено 14 токсичних елементів (берилій, ванадій, вісмут, кобальт, літій, марганець, мідь, молібден, миш'як, нікель, свинець, фосфор, хром та цинк), які з різним ступенем поширеності встановлені в усіх холдингових компаніях. Найбільш розповсюдженими токсичними елементами є миш’як, молібден та хром. За зростанням поширеності токсичних елементів холдингові компанії розміщені так: “Свердловантрацит” (58, 1%), “Ровенькиантрацит” (69, 3%), “Антрацит” (70, 9%) та “Донбасантрацит” (81, 5%).

У північно-західному напрямку вздовж Головної синкліналі Донбасу (Должансько-Ровенецький та Боково-Хрустальський вугленосні райони) у гірській масі, вугіллі та золі вугілля зростає вміст ванадію, літію, марганцю, міді, нікелю, свинцю, фосфору та цинку.

За геохімічною схожістю токсичні елементи віднесені до літофільної (літій, берилій, ванадій, хром, марганець, ніобій та фосфор), сидерофільної (кобальт, нікель та молібден) та халькофільної (мідь, цинк, миш’як, ртуть, свинець, вісмут та сурма) груп. Вони у вугленосній товщі Головної синкліналі Донбасу мають різноманітне походження. Літофільні та сидерофільні елементи були привнесені до неї на стадії седиментогенезу (кам’яновугільний період). На стадіях діагенезу та епігенезу (кінець палеозою та початок мезозою) відбувся їх перерозподіл, що полягав у привнесенні в антрацити всіх літофільних та сидерофільних елементів за винятком берилію. Під час тектоно-магматичної активізації (мезозой – початок кайнозою) Донбасу, яка особливо інтенсивно проявилася у склепенні Головного антикліналу утворенням золото-поліметалічного та ртутного зруднення мало місце привнесення халькофільних елементів, а також літію (літієносний діккит, донбасит та ін.) у лужну стадію мінералоутворення.

Розділ 4. Оцінка токсичності продуктів видобутку та відходів переробки вугілля