Анотація до роботи:

Зубова Л.Г. Теоретичні і прикладні основи відновлення техногенних ландшафтів до рівня природних (на прикладі териконових ландшафтів Донбасу).- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 21.06.01 – “Екологічна безпека”.- Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004.

Дисертація присвячена проблемі відновлення териконових ландшафтів Донбасу на основі встановлення закономірностей фізико-геологічних та геохімічних процесів, що відбуваються у відвальних породах. На основі виконаних досліджень доказано, що відсипка шахтних відвалів призводить до трансформації природних кальцієвих ландшафтів в териконові сірчанокислі і до появи на значній площі фізико-хімічних та біогеохімічних бар'єрів із накопиченням в грунтах та рослинах важких металів у аномальних концентраціях. Виявлено, що припинити шкідливий вплив відвалів можно використовуючи їх породу в якості сировини для металургії. Сульфіди та силікати породи мають підвищену концентрацію галію та германію. Запропоновано поетапну утилізацію терикоників за їх геохімічною активністю. Переробка базується на використанні прискореного біохімічного окислення піриту відвальної породи. Удосконалено технологію рекультивації поверхні терикоників шляхом використання механічного мікротерасування за допомогою розробленого пристрою та екранування поверхні пласких відвалів сумішшю річкового мулу та породи.

У дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, поставлена та вирішена актуальна науково-прикладна проблема, яка полягає у підвищенні рівня екологічної безпеки шляхом відновлення техногенних ландшафтів, що сформувалися при видобутку вугілля в Донбасі, до рівня природних на основі встановлених закономірностей фізико-геологічних та геохімічних процесів у терикониках, розробці методології, технічних засобів і технологічних рішень з утилізації відвальної породи та рекультивації поверхні відвалів.

Основні наукові і практичні результати, отримані при вирішенні поставлених задач дослідження, висновки і рекомендації роботи полягають у наступному:

1. Проведення інтенсивних робіт з видобутку вугілля шахтним способом у Донбасі привело до формування на значній території (11 тисяч гектарів) териконових ландшафтів і до негативної зміни всіх природних компонентів: забруднення атмосферного повітря газоподібними речовинами - продуктами горіння, деградації прилеглих до відвалів ґрунтів, зниження біологічної продуктивності і порушення енергетичного балансу ландшафтів. Це обумовлює актуальність науково-практичної проблеми відновлення техногенних ландшафтів до рівня природних.

2. Найбільш характерними з порушень, обумовлених появою в регіоні відвалів вугільних шахт, є геохімічні. Окисні процеси на поверхні відвалів, що приводять до утворення в породі сірчаної кислоти і до сильного підкис-лення середовища, переводять у типоморфні елементи іон водню і сульфат-іон, у той час як у компонентах природних ландшафтів Донбасу типоморфним елементом є кальцій. Зміна в міграції атомів призвела до геохімічної трансформації природних кальцієвих ландшафтів в териконові сірчанокислі.

3. Техногенна небезпека при геохімічній трансформації ландшафтів Донбасу обумовлена механічними, фізико-хімічними і біогенними особливостями міграції хімічних елементів в териконових ландшафтах Донбасу на відміну від природних.

Механічні особливості обумовлені специфічною геоморфологічною будовою конічних шахтних відвалів - їх висотою (до 100 м й вище) та крутими (до 45) схилами, яка сприяє катастрофічній водній ерозії. У резуль-таті останньої змив породи на обстежених відвалах варіює від 720 до 4830 т.

Фізико-хімічна міграція характеризується інтенсивним виносом сірчанокислими водними потоками водорозчинених простих катіонів (Sr, Li, Zn, Cu, Pb, Cd, Ва, Hg, Ag, Y, La, Са) і комплексних аніонів (Р, V, Mn, Cr), і утворенням лужних геохімічних бар'єрів при зустрічі з природними ґрунтами, представленими чорноземами звичайними з нейтральною чи слабколужною реакцією середовища, в межах яких відбувається забруднення ґрунтів важкими металами. Забруднення міддю і хромом (рухлива форма) досягають 25-30 мг/кг, а нікелем 18 мг/кг. Така екологічна ситуація охарактеризована, відповідно, як кризова і катастрофічна.

Установлено, що в результаті біогенної міграції відбувається нагромадження в рослинах хімічних елементів в аномальних концентраціях, тобто утворюються біогеохімічні бар'єри. За фактичним вмістом міді, нікелю, хрому в овочах (15, 3 і 5 мг/кг), вирощуваних на територіях, що прилягають до терикоників і обстежених нами, екологічна ситуація визнана катастрофічною, а за концентрацією цинку (15 мг/кг) – кризовою.

4. Териконики, із врахуванням ендогенних (метаморфізм, літологічний склад, механічна міцність) і екзогенних (щільність, вміст сірки, загоряння відвальних порід) факторів утворення порід доцільно класифікувати на:

- слабко-, середньо- і сильнометаморфізовані;

- з підвищеним вмістом аргілітів і вапняків та відвали з підвищеним вмістом алевролітів і піщаників;

- слабко-, середньо- і високоміцні;

- щільні і пористі;

- з малим, середнім і підвищеним вмістом загальної сірки;

- на відвали з уповільненою стадією окислювання і загоряння і швидкою стадією.

З використанням розробленої класифікації роботи з припинення шкідливого впливу і відновлення териконових ландшафтів необхідно проводити після повного аналізу ендогенних і екзогенних факторів утворення відвальної породи.

5. Утилізація шахтних порід, згідно з розробленою класифікацією, повинна проводитися поетапно відповідно до їх геохімічної активності. При цьому, першими треба переробляти териконики з тривалою стадією окислювання як постійні джерела забруднення навколишнього середовища токсичними елементами, що мігрують в результаті тривалих ерозійних процесів; одночасно з ними треба утилізувати свіжевідсипані відвали, на яких ще не почався процес окислювання піриту; старі перегорілі відвали утилізують в другу чергу, а відвали, що горять, треба переробляти після їх повного геохімічного переходу в стан “перегорілі”.

6. На основі встановлених закономірностей та параметрів фізико-геологічних і геохімічних процесів, враховуючи, що у відвалах в підвищених концентраціях є Ga, Ge, Bi (0,002; 0,002; 0,007%, відповідно), відвальну породу доцільно використовувати як сировину для металургії.

Враховуючи, що частина вищеназваних елементів знаходиться у відвальній породі у виді сульфідів, підвищувати їх концентрацію для промислового одержання необхідно методом флотації.

Через те, що, внаслідок процесів глибинного метаморфізму, частина галію і германію ізоморфно увійшла в кристалічні решітки силікатів, витягати ці елементи в промислових умовах необхідно шляхом прискореного хімічного і бактеріального окислювання піриту відвальної породи з випалом при температурі 450–500С для германію і 600-800С для галію, з наступним розчиненням одержуваних сульфатів.

Одержання галію, германію і алюмінію з відвальної породи за допомогою флотаційного методу доцільно поєднувати з бактеріальним окисленням за кучним методом.

7. Природна сірчана кислота, що утворюється при прискореному біохімічному окислюванні піриту відвальних порід за кучним методом, може бути використана для руйнування алюмосилікатів при виробництві глинозему, що дозволяє понизити вартість кислотного способу одержання алюмінію у два рази.

8. Для забезпечення повної безвідходної переробки відвальної породи доцільно з відходів флотації та біохімічного вилуження, що утворюються при одержанні металів, виробляти вугледобрива, цеглу та інші будівельні матеріали.

9. Для зниження працевитрат при проведенні рекультивації терикоників доцільно виконувати мікротерасування їх схилів з використанням розробленого пристрою, який здатний крім терас формувати посадочні місця для саджанців деревинних культур.

10. Для підвищення ефективності рекультивації терикоників доцільно наносити на їх пласку верхівку замість шару родючого грунту суміш відвальної породи з річковим мулом у кількісному співвідношенні 1 : 2. Це знижує транспортні витрати на екранування пласкої верхівки на 25%.

11. За допомогою лісової рекультивації поверхні відвалів припиняється шкідливий вплив терикоників на прилеглу територію і одночасно консервуються корисні елементи для майбутнього використання. Поряд з цим, рекультивація забезпечує тимчасове (до проведення утилізації) відновлення біологічної продуктивності териконових ландшафтів.

Рівень продуктивності деревинних насаджень, створених на терикониках, відповідає природному для лісових ландшафтів регіону (3 м³/га та більше).

12. Виробнича перевірка результатів досліджень у ВО “Лисичанськвугілля” з еколого-економічним ефектом 5130 тис. грн. дозволяє пропонувати для широкого впровадження іншим виробничим об'єднанням та проектним організаціям Мінвуглепрому, будівельним та лісогосподарським організаціям з метою підвищення рівня екологічної безпеки териконових ландшафтів та відновлення їх біопродуктивності розроблений методологічний та технологічний комплекс, який включає моніторинг інтенсивності надходження в ландшафт з терикоників продуктів водної ерозії, розробку оптимальної послідовності та найдоцільнішого методу утилізації або рекультивації терикоників, технічні засоби підготовки поверхні під заліснення, технологічні схеми безвідходної утилізації.

Публікації автора:

1. Торба А.И., Зубова Л.Г., Чижикова О.А. Естетственное плодородие террикоников // Уголь Украины.- 1990.- №6.- С. 24-25.

2. Зубова Л.Г. Естественное зарастание террикоников // Уголь Украины.- 1993.- №2.- С. 36.

3. Зубова Л.Г. Особенности произрастания древесных насаждений на террикониках // Лесное хозяйство.- 1994.- №2.- С. 33-34.

4. Зубова Л.Г. Особенности лесорастительных условий террикоников Донбасса // Уголь Украины.- 1994.- №2.- С.12-13

5. Зубова Л.Г. Математические модели геологических процессов, предшествующих почвообразованию на террикониках // Уголь Украины.- 1994.- №10.- С. 36-37.

6. Логгинов Б.И, Зубова Л.Г. Создание биологически устойчивых лесонасаждений на террикониках // Уголь Украины.- 1995.- №2.- С. 36-38.

7. Зубова Л.Г. Формирование сернокислых ландшафтов на территории Донбасса // Уголь Украины.- 1998.- №11.- С.20-22.

8. Зубова Л.Г. Воздействие горной промышленности на состояние ландшафтов Донбасса // Зб. наук. праць Луганського сільськогосподарського інституту, 1998.- №2 (6).-С. 19-21.

9. Зубова Л.Г., Гречка В.А., Матюшенко Ю.В. Воздействие горнодобывающей промышленности на естественные ландшафты Донбасса // Экотехнологии и ресурсосбережение, 1999.- № 4.- С. 63-66.

10. Зубова Л.Г., Бабич И.В. Воздействие горнодобывающей промышленности на подземные и поверхностные воды Донбасса // Зб. наук. праць Луганського сільськогосподарського інституту, 1999.- №4 (11).-С. 47-50.

11. Зубов А.Р., Зубова Л.Г. Принципы экологизации земледелия на примере хозяйств Луганской области // Зб. наук. праць Луганського сільськогосподарського інституту 1999.- №5(14).- С. 116-119.

12. Зубова Л.Г. Терриконики угольных шахт – источники сырья для металлургии // Уголь Украины, 2000.- № 7.- С. 32-34.

13. Зубов О.Р, Полулях М.М., Зубова Л.Г. Еколого-економічна ефективність протиерозійних заходів // Вісник аграрної науки Причорномор'я.- Миколаїв.- 2001. №3(12).- С. 501-507.

14. Зубова Л.Г., Польская И.Н., Митрохина Я.П. Подбор древесных пород для озеленения территории угольных шахт // Уголь Украины.- 2001.- №6.-С. 22-24.

15. Зубова Л.Г., Пахомов А.Н., Зинченко А.В. Закономерности выветривания отвальной породы террикоников Донбасса // Уголь Украины.- 2001.- №10.- С. 52-54.

16. Зубова Л.Г. Методика учета загрязнения территорий, прилегающих к отвалам шахт, тяжелыми металлами // Уголь Украины.- 2002.- №6.- С. 39-40.

17. Зубова Л.Г. Исследование возможности использования отвальной породы террикоников в металлургии // Вісник Східноукраїнського національного університету.- 2002.- №12(58).- С. 222- 224.

18. Зубова Л.Г. Вредное воздействие террикоников на земли сельскохозяйственного использования // Зб. наук. праць Луганського сільськогосподарського інституту, 2002.- №19 (31).-С. 59-64.

19. Зубова Л.Г. Терриконики угольных шахт - источники сырья для получения галлия, германия, висмута // Уголь Украины.- 2004.- №1.- С.41-42.

20. Зубова Л.Г., Боровская Ю.И. Использование продуктов очистки малых рек в биологической рекультивации террикоников Донбасса // Уголь Украины.- 2004.- №3.- С. 33-34.

21. Способ борьбы с єрозией почв: А.с. 1743385 СССР, МКИ А 01 В 13/16 /А.Р. Зубов, Н.М. Шелякин, Л.Г. Зубова (СССР).- №4764361/15; Заявлено 04.12.89; Опубл. 30.06.92, Бюл. № 24.-2 с.

22. Пат. 34829А Україна, МКИ А01В35/00. Пристрій для підготовки поверхні териконів до озеленіння / А.В. Омельченко, Б.Т. Харьковський, Л.Г. Зубова.- Опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2 .

23. Пат. 34830А Україна, МКИ С 22В 3/08. Спосіб одержання глинозему / Л.Г. Зубова, Б.Т. Харьковський, І.І. Лиховидько.- Опубл. 15.03.2001, Бюл. № 2.

24. Пат. 42978А Україна, МКИ Е21С41/32. Спосіб обліку продуктів водної ерозії з териконів / О.Р. Зубов, Б.Т. Харьковський, Н.В. Колтунова, Л.Г. Зубова.- Опубл. 15.11.2001, Бюл. № 10.

25. Пат. 44988А Україна, МКИ В 03 В 5/28, Е 21 С 41/22. Спосіб утилізації відвальних порід териконів / Б.Т. Харьковський, Л.Г. Зубова, В.В. Савченко.- Опубл. 15.03.2002, Бюл. № 3.

26. Пат. 46510А Україна, МКИ А 01В5/00, А01В35/32. Універсальний пристрій для виконання робіт на крутосхилах / Б.Т. Харьковський, А.В. Омельченко, Л.Г. Зубова.- Опубл. 15.05.2002, Бюл. № 5.

27. Пат. 52907А Україна, МКИ С 22 В 3/08. Спосіб одержання глинозему / М.Ф. Смирний, Л.Г. Зубова.- Опубл. 15.01.2003, Бюл. № 1.

28. Пат. 52908А Україна, МКИ С 22В 3/08. Спосіб одержання германію / Л.Г. Зубова .- Опубл. 15.01.2003, Бюл. № 1.

29. Пат. 52904А Україна, МКИ С 22В 3/08. Спосіб одержання глинозему з алюмосилікатів / Л.Г. Зубова, О.Р. Зубов.- Опубл. 15.01.2003, Бюл. №1.

30. Пат. 53848А Україна, МКИ С 22В 3/08. Спосіб одержання галію з відходів виробництва алюмінию / Л.Г. Зубова.- Опубл. 17.02.2003, Бюл. № 2.

31. Попа Ю.Н., Козак А.В., Зубова Л.Г. Экологическая эффективность защитно-декоративных лесонасаждений на отвалах угольных шахт: Сб. науч. трудов Вcесоюзного НИИ агролесомелиорации.- Вып. 2 (97).- Волгоград, 1989.- С.155-161.

32. Зубова Л.Г., Омельченко А.В. Механізація лісної рекультивації терикоників // Уголь Украины.- 2000.- №7.- С. 34.

33. Зубов А.Р., Зубова Л.Г. К вопросу оценки эрозионной опасности склоновых земель // Збірник наук. пр. Харківського держагроуніверситету.- Харків.- 1998.- С. 15-16.

34. Зубов А.Р., Зубова Л.Г. Оценка эрозионной опасности склоновых земель // Вісник Харківського держагроуніверситету.- 1999.- №5(99).- С. 379-383.

35. Зубова Л.Г. Отходы подземной добычи угля – источники сырья для металлургии // Экология.-2001.- №1/2001.- С. 119-123.

36. Терриконики угольных шахт – источники радиоактивности / М.Ф. Смирный, Б.Т. Харьковский, Л.Г. Зубова, А.В. Зинченко / Экология.-2002.-№2/2002.-С. 8-11.

37. Воздействие промышленных отходов Донбасса на прилегающие территории / М.Ф. Смирный, Л.Г. Зубова, А.Р. Зубов, А.В. Омельченко / Экология.-2002.- №2/2002.- С. 45-48.

38. Зубова Л.Г., Гречка В.А., Красносельская Л.А. Промышленные ландшафты Донбасса // Экология.- 2002.- №2/2002.- С. 127-128.

39. Зубова Л.Г., Пахомов А.Н. Воздействие угольной промышленности на естественные ландшафты Донбасса // Проблеми ландшафтного різнома-ніття України.- К.- 2000.- С. 185-187.

40. Зубова Л.Г. Фітомеліорація терикоників – один з напрямків оптимізації техногенних ландшафтів Донбасу // Матер. Всеукр. конф.: “Техногенні ландшафти: Структура. Функціонування, оптимізація”.- Кривий Ріг.- 1996- С. 40.

41. Зубова Л.Г., Зубов А.Р. Экология горнопромышленных ландшафтов Донбасса // Матер. наук.- вироб. конф. “Оптимізація структури агроландшафтів і раціональне використання грунтових ресурсів”.- К.- 2000.- С. 9-10.

42. Зубова Л.Г. Классификация террикоников угольных шахт с учетом эндогенных и экзогенных факторов их образования // Труды Междунар. симпозиума “Инновационные экологические методы и процессы в прикладной экологии”.- Луганск.- 2001.- С.43-48.

43. Зубова Л.Г. Воздействие угольных шахт Донбасса на сельскохозяйственные земли // Матер. Міжнар. наук.-прак. конф. “Аграрна освіта і наука на початку третього тисячоліття”.- Львів.- 2001.- С.76-79.

44. Михаил Ф. Смирный, Лилия Г.Зубова Воздействие горно-добывающей промышленности на естественные ландшафты Донбасса // Матер. 6 Межд. конф. “Ekologi. Technics and technologie for traiting of nonmetal materials”.- Sozopol ( Bulgaria).- 2001.- P. 129-131.

45. Пахомов А.Н., Зубова Л.Г. Миграция тяжелых металлов и эрозионные процессы в горнопромышленных ландшафтах Донбаса // Матер. Всеук. конф. “Стан земельних ресурсів в Україні: проблеми, шляхи вирішення”.- К.- 2001.- С. 125-128.

46. Смирный М.Ф., Харьковский Б.Т., Зубова Л.Г. Формирование техногенных ландшафтов Донбасса // Матер. Міжнар. наук.- практ. конф.

“Раціональне використання рекультивованих та еродованих земель”.- Дніпропетровськ.- 2002.- С. 89-92.

47. Зубова Л.Г., Зинченко А.В. Влияние пород терриконов на экологическое состояние региона // Матер. конф. “Перспективи розвитку Луганщини в контексті екологічних проблем України та світу. Погляд вчених, громадськості та молоді”.- Луганськ.- 2002.- С.24-25.

48. Зубова Л.Г. Классификация террикоников Донбасса по вредному воздействию на окружающую среду // Матер. Міжнар. конф. “Оптимізація агроландшафтів: раціональне використання, рекультивація, охорона”.- Дніпропетровськ.- 2003.- С. 173-174.

49. Зубова Л.Г. Восстановление биологической продуктивности техногенных ландшафтов Донбасса // Матер. Міжнар. конф. “Актуальні проблеми сучасного землеробства”.- Луганськ.- 2003.- С. 186-191.