Самовозгорание углей и эндогенные пожары

Самовозгорание углей - воспламенение угля в результате накопления теплоты. Источником теплоты является экзотермическая /с выделанием теплоты/ реакция окисления угля кислородом воздуха. Если выделяющаяся теплота рассеивается в окружающей среде, происходит низкотемпературное окисление угля. В случае неравенства между выделением и отдачей теплоты уголь либо самонагревается, либо охлаждается.

Одной из первых попыток объяснить самовозгорание угля стала пиритная теория. При окислении сульфидной серы пирита может происходить повышение температуры 1 т угля, содержащего 1% серы, на 117 °0.

Но, как показала практика, этот процесс, также как и жизнедеятельность бактерий, протекающих с выделением теплоты, нельзя считать главной причиной самовозгорания углей.

Самонагревание и самовозгорание угля - результат его окисления кислородом. Реакция окисления угля имеет радикально-цепной характер. Она заключается в том, что образование конечных продуктов реакции /CO₂, CO и H₂O/ происходит не непосредственным присоединением атомов кислорода к атомам углерода и водорода горючего ископаемого, а путем образования ряда промежуточных продуктов - радикалов. При поглощении кислорода тепловой эффект окисления составляет 15, 6 ^. 10⁶ Дж/м³. В процессе самовозгорания выделяют стадии самонагревания и возгорания. Первая характеризуется низкой скоростью окисления и равномерным нарастанием температуры. После достижения критической температуры самонагревания наблюдается увеличение скорости окисления и прогрессирующий рост температуры /стадия возгорания/. Критическая температура самонагравания бурого угля - 130°С, каменного угля - 180°С, антрацита - свыше 300°С. При достижении в очаге температуры возгорания на 130-170 % выше критической наступает стадия горения.

Склонность угля к самовозгоранию зависит от размера и активности сорбирующей поверхности, способной поглощать кислород. За показатель склонности угля к самовозгоранию S /газовая характеристика угля/ принимают количество поглощенного кислорода и оксида углерода/II/ на стадии интенсивного окисления. По значению показателя S угли подразделяются на опасные /первая группа/, малоопасные /вторая группа/ и неопасные /третья группа/. Этот показатель не имеет строго определенных значений, а зависит от конкретного месторождения и марки угля. Так, в Кузбассе угли марки Д при S> 30 отнесены к первой группе, при 30 ³ S ³ 20 - ко второй, при S< 20 - к третьей, а угли марки Т первой группы имеют значение S > 3, второй группы - 3 ³ S ³ 2, третьей группы – S < 2. Угли марки Д, добываемые на о.Сахалин, считаются опасными при S > 18, малоопасными - при 18 ³ S ³ 13, неопасными - при 5< 13.

На изменtние сорбционной способности угля по отношению к кислороду оказывают влияние следующие горно-геологичеcкие факторы: тектоническая нарушенноcть, петрографический состав, стадия метаморфизма, степень измельчения, предварительное нагревание, начальная температура, увлажнение и др.

В местах тектонических нарушений уголь раздроблен, разрыхлен, обладает увеличенной площадью сорбирующей поверхности. В местах разрывов, сжатий и раздутия пластов склонность угля к самовозгоранию возрастает в 1, 5-2 раза. На шахтах Донбасса по этой причине произошло 87% эндогенных пожаров, Кузбасса - 75%.

Фюзен характеризуется повышенной хрупкостью и пористостью, по сравнению с витреном и дюреном имеет наибольшую сорбирующую поверхность, более склонен к окислению при низких /до 100°С/ температурах. Витрен содержит наибольшее количество фенольных карбоксильных групп и поэтому обладает способностью сорбировать кислород при высоких /более 100°С / температуpax.

Под влиянием метаморфизма сорбционная способность угля по отношению к кислороду снижается. Склонность к самовозгоранию углей низкой степени метаморфизма /марки Б, Г/ проявляется при температуре до 100°С, у остальных - после 150 °С, а у антрацитов - после 200 °С.

С измельчанием угля его сорбционная поверхность увеличивается, в мелких фракциях накапливаются хрупкие фюзен и витрен, уменьшается теплообмен. В скоплениях разрыхленных масс угля, деформированных целиках, как и в местах тектонических нарушений, создаются благоприятные условия для самовозгорания углей.

Нагревание угля повышает скорость сорбции кислорода, так как увеличивается толщина реакционного слоя за счет большей подвижности молекул кислорода, более быстрого распада уголькислородных радикалов, возрастает площадь сорбирующей поверхности вследствие испарения влаги и десорбции газов. На глубоких горизонтах, где отмечается повышение температуры вмещающих пород и угля, его пожароопасность повышается.

При окислении угля на его поверхности образуется окисленный слой, который не способен сорбировагь кислород. С увеличением степени окисленности угля способность его к самовозгоранию снижается.

Увлажнение угля повышает его сорбционную способность в 1, 5-2 раза. Самовозгораемость углей затопленных шахт значительно повышена. Присутствующие в воде минеральные примеси активизируют поглощение углем кислорода.

При разработке мощных пластов увеличиваются потери угля. Под влиянием горного давления происходит деформация целиков с образованием значительных рыхлых масс. Угольные пласты мощностью менее 2 м считаются малоопасными, от 2 до 3, 5 м - умеренно опасными, более 3, 5 м - опасными по самовозгоранию.

На кругом падении создаются благоприятные условия для утечек воздуха через выработанное пространство. Пласты угля с углом падения менее 25° относятся к малоопасным, от 25 до 50° - к умеренно опасным, более 50° - к опасным по возникновению пожаров.

Самовозгорание углей зависит от физико-механических свойств вмещающих пород, которые определяют степень деформации целиков, проветриваемость выработок и теплопроводность.

Степень опасности по самовозгоранию возрастает при сближенных пластах угля рабочей мощности, наличии в кровле нерабочих пластов и углистых пород, пониженной метаноносности, малой глубине залегания угольного пласта и др.

Самовозгорание - одна из главных причин эндогенных пожаров. Угли самовозгораются в местах выхода на поверхность в шахтах и на участках длительного хранения. Терриконики и породные отвалы, содержащие более 10% органического вещества, также подвержены самовозгоранию.

Основными причинами самовозгорания углей в Донбассе являются: наличие в кровле пропластков угля, попадающих в зону беспорядочного обрушения; неустойчивость кровли, вызывающая необходимость оставления целиков; тектоническая нарушенность пластов; значительная глубина горных работ, затрудняющая заиливание выработанных пространств с поверхности; повышенная химическая активность. Угли марки Д характеризуются константой скорости сорбции кислорода /2, 3-3, 75/ 10^-8 м³/(кг.см), марок Ж-Д - /1, 0-1, 47/ 10^-8 м³/(кг.см), марки А - 0, 5^.10^-8 м³/(кг.см). В Карагандинском бассейне этот показатель равен /0, 3-1, 4/^. 10^-8 м³/(кг.см), в Кузнецком - /0, 69-1, 25/ ^. 10^-8м³(кг.см).

6.5. Подземные и шахтные /рудничные/воды

Шахтные или рудничные воды - подземные воды, поступающие в горные выработки из окружающих пород и полезного ископаемого и осложняющие вскрытие и добычу минерального сырья. Степень обводненности горных работ шахтными водами обусловливается естественными /климатические условия, гидрография района, рельеф местности, геологическое строение, тектоника и др./ и искусственными /старые затопленные выработки, незатампонированные разведочные скважины, направильное ведение горных работ и т.п./ факторами.

Климат района в зависимости от количества выпадающих осадков может быть избыточно влажным, влажным, умеренно влажным и сухим. Приток воды в горные выработки при небольшой глубине залегания полезного ископаемого чаще всего зависит от количества выпадающих атмосферных осадков; являющихся основным источником питания подземных вод. Это подтверждается увеличением притока воды в выработки в период выпадения осадков и весеннего снеготаяния на 30-40%, а иногда на 200-300% по сравнению со среднегодовым. Водообильность шахт Карагандинского бассейна в 7 раз ниже, чем Донецкого бассейна, так как в Казахстане выпадает в 1, 6 раза меньше атмосферных осадков /270 мм в год/, чем в Донбассе.

Гидрография района характеризуется количеством рек, ручьев, озер, водохранилищ, заболоченностью территории. Источником обводненности горных работ нередко бывают открытые водоемы и водотоки, расположенные в пределах месторождения. Водообильность шахты «Сутоган» в Селезневском районе Донбасса, расположенной в долине р.Белая, более чем в 10 раз выше средней по бассейну.

Рельеф местности может быть горным резко расчлененным, холмистым, холмисто-равнинным и равнинным. Чем больше расчленена поверхность месторождения, тем при прочих равных условиях выше весенний приток воды в горные выработки по сравнению со среднегодовым /от 20 до 200%/. Слабо обводнены месторождения, расположенные в условиях высокогорного расчлененного рельефа /Средняя Азия, Кавказ и др./.

Обводненности горных выработок способствует наличие в геологическом разрезе водопроницаемых и водоупорных горизонтов, повышенная обнаженность коренных пород, присутствие разрывных нарушений. Водопроницаемость, или способность пород пропускать воду под действием сил тяжести определяется пористостью /поры диаметром менее 1 мм, трещины шириной менее 0, 25 мм/ и скважностью /пустоты и крупные поры/. Водопроницаемыми являются рыхлые /пески, щебень, галька и т.д./, сцементированные трещиноватые /песчаники, известняки, граниты, гнейсы и т.н./ породы. Водонепроницаемыми породами или водоупорами, называются породы, которые не пропускают воду /глины, ненарушенные сцементированные породы/.

Особенно тяжелые гидрогеологические условия складываются на тех месторождениях, на которых в кровле и в почве залегают водопроницаемые пески /Днепровский и Подмосковный бассейны/. Питание подземных вод осуществляется в местах выхода на поверхность коренных пород. Районы, где выходы таких пород составляют более 1% площади, считаются обнаженными. При мощности покровных суглинисто-глинистых слабопроницаемых отложений более 5 м инфильтрация через них поверхностных вод отсутствует. В зонах тектонических нарушений происходит сосредоточенное, а иногда и катастрофическое поступление воды в горные выработки. Через такие зоны осуществляется связь пластовых водоносных горизонтов между собой и о поверхностными водотоками и водоемами. Наряду с этим тектонические нарушения в результате смещения пород нередко служат водоупорными экранами, исключающими поступление воды с соседних участков месторождения.

В старых горных выработках скапливается большое количество подземных вод. Прорыв таких вод в действующие горные выработки обычно носит катастрофический характер.

По окончании бурения каждую разведочную скважину после извлечения обсадных труб тампонируют жирной глиной или цементом, чтобы вода из водоносных горизонтов не смогла прорваться в горные выработки. В целях безопасности бурение технических скважин прекращают за 2-3 м до горных выработок.

При ведении горных работ с обрушением кровли на земной поверхности часто появляются воронки, трещины и т.п. В этих случаях нельзя допускать скопления воды над зонами обрушения. Поверхностные воды могут поступать через устье действующей или заброшенной шахты. Следует избегагь осадки лавы в неблагоприятных гидрогеологических условиях /близкое залегание в кровле открытых водотоков или мощной толщи водоносных песков/.

Основное влияние на обводненность месторождений оказывают подземные воды /пластовые, поровые, трещинно-поровые и карстовые/, приуроченные к коренным породам. Они залегают в рыхлых /галечники, пески, мягкие глины/, сцементированных /песчаники, алавролиты, угли и др./ и в выветрелых трещиноватых магматических и метаморфических породах. Пластовые воды наиболее распространены в земной коре. Они преобладают в артезианских бассейнах. Напор горизонтов пластовых вод может достигать десятков метров /80 м в Днепровском бассейне, 100-150 м - в Подмосковном бассейне/, производительность - сотен и тысяч кубических метров в час. Обводненность месторождений трещинными водами зависит от степени трещиноватости горных пород и особенностей ее распределения. В верхних горизонтах на глубине нескольких десятков метров расположены трещинные грунтовые, а глубже - трещинные напорные воды. На глубине 700-800 м трещиноватость пород заметно уменьшается и трещинные воды исчезают. Наибольшая обводненность месторождений обычно связана с карстовыми безнапорными и напорными водами /горючие сланцы Прибалтийского бассейна, Кизеловское каменноугольное месторождение на Северном Урале и др./.

Угленосная толща Донецкого бассейна сложена переслаивающимися песчаниками, алевролитами /песчано-глинистые и песчанистые сланцы/, аргиллитами /глинистые сланцы/ каменноугольного возраста, содержащими пласты известняков и углей. Основные водоносные породы - известняки и песчаники. Средняя мощность известняков - 2-3 м /иногда - 10 м/, песчаников - 20-25 м /иногда— 70-100 м/. Среди переслаивающейся песчано-глинистой толщи выделено 330 водоносных горизонтов, в том числе 105 в известняках и 225 в песчаниках. Известняки более водообильны, чем песчаники. Это объясняется их повышенной трещиноватостью и в отдельных случаях - закарстованностью. Некоторые карстовые полости имеют объем 20-70 м³. При вскрытии известняков горными выработками наблюдаются большие кратковременные притоки - свыше 500 м³/ч, а в исключительных случаях - 2500 м³/ч /шахта «Ломоватская» в Алмазно-Марьевском районе/. Глинистые породы /аргиллиты и алевролиты/ не всегда водонепроницаемы. В зонах выветривания и тектонических нарушений они водоносны.

Верхняя часть /до 100 м/ угленосных отложений независимо от состава пород представляет собой единый водоносный горизонт со свободной поверхностью. Наибольшая степень трещиноватости, а следовательно, и наибольшая водоносность пород карбона наблюдается в зонах тектонических нарушений. Трещины взбросов (надвигов) обычно закрыты или заполнены перетертым слабоводопроницаемым материалом и в большинстве случаев не водоносны. Трещины сбросов чаще бывают открытыми, зияющими и поэтому нередко водоносны. При пересечении горными выработками трещин сбросов часто наблюдаются обильные притоки /100-200 м³ /ч/. При проходке одного из штреков шахты 15 в Чистяково-Снежнянском районе Донбасса из зоны нарушения сосредоточенный приток воды достигал 300 м³/ч. После вскрытия такой трещины приток быстро уменьшается в 5-10 раз, а иногда и вовсе прекращается. Циркуляция подземных вод из-за малой пористости /2-5%/происходит по трещинам, которые ориентированы по напластованию, перпендикулярно напластованию в направлении простирания и в направлении падения пород. С глубиной степень трещиноватости пород уменьшается и на 500-600 м практически исчезает.

Режим поступления подземных вод /величина, характер и продолжительность притока/ определяется видом запасов /статические и динамические/.

Статические запасы /ресурсы/ определяются объемами воды, заключенной в горных породах зоны влияния горных выработок и находящейся в затопленных выработках. На первых этапах развития горных работ они являются причиной значительных притоков воды, приводящих к затоплению горных выработок. Со временем отмечается значительное снижение поступления воды.

Динамические запасы /ресурсы/ - расход воды, протекающей через поперечное сечение водоносного горизонта. Они определяются водопроницаемостью горных пород и условиями их питания /обеспеченность поверхностными водами и перетекающими водами других водоносных горизонтов/.

По мере истощения статических запасов возрастает относительная роль динамических ресурсов. Если суммарный объем подземных вод, отводимых с месторождения, равен их поступлению, приток имеет стационарный характер /режим/. При отрицательном или положительном балансе режим будет нестационарным. В зависимости от характера ресурсов подземных вод режимы будут различными:

Статические запасы Средний приток воды на шахте в целом или на отдельных участках в период эксплуатации снижается

Потоки подземных вод Средний приток остается примерно посто-

/динамические запасы/ янным в период эксплуатации, притока

с относительно ограни- сохраняются в прежнем объеме и при

ченными ресурсами переходе на более глубокие эксплуатацион-

ные горизонты

Потоки подземных вод Средний приток остается примерно посто-

/динамические запасы/ янным при отработке определенного

со значительными ре- эксплуатационного горизонта, но увеличи-

сурсами вается с переходом на более глубокие

эксплуатационные горизонты

Пополнение ресурсов Средний приток увеличивается с приближе-

подземных вод /дина- нием горных выработок к открытым водое-

мические запасы/ из мам и водотокам при разработке определен-

открытых водотоков ного эксплуатационного горизонта и с

или водоемов переходом на более глубокие эксплуатаци-

онные горизонты.

Обводненность месторождений можно оценить по суммарному притоку воды, по удельному притоку воды /т.е. притоку, отнесенному к площади обнаженной поверхности горных выработок/ и коэффициенту водообильности, который равен отношению объема поступившей воды к массе добытого полезного ископаемого /табл.6.1/.

К весьма водообильным относятся Кизеловское каменноугольное месторождение на Северном Урале со средним суммарным притоком воды в горные выработки 1500 м³/ч /иногда 2500 м³/ч/ и Прибалтийский бассейн горючих сланцев со средним суммарным притоком 1200 м³/ч /иногда 4000 м³/ч/. Высокая обводненность обусловлена карстовыми водами. Обводненными являются Подмосковный, Донецкий, Кузнецкий и другие угольные бассейны со средними суммарными притоками до 600-900 м³/ч. Подземные воды пластовые, напорные трещинные и частично карстовые. На Богословском буроугольном /Урал/, Черемховском /Иркутский бассейн/ и Экибастузском /Казахстан/ каменноугольных месторождениях средние суммарные притоки не превышают 100 м³/ч /умеренно обводненные и слабо обводненные месторождения/.

Таблица 6.1 - Классификация месторождений по степени обводненности

Коэффициент водообильности шахты K_в - отношение объема воды /в кубических метрах/, откачиваемой из шахты и из дренажных устройств за определенный период времени /обычно за год/, к массе /в тоннах/ добытого за этот период полезного ископаемого. Значение / K_в колеблется в больших пределах как для различных бассейнов, так и для отдельных шахт в бассейне /табл.6.2/.

Таблица 6.2 - Водообильность угольных бассейнов

В Подмосковном бассейне затраты на осушение и откачку шахтных вод составляют 0, 3 руб., в Донецком - 0, 1 руб. на 1 т угля.

При эксплуатации глубоких горизонтов приток шахтных вод обычно уменьшается вне зависимости от вида запасов. Так, в Донбассе наибольшая водообильность наблюдается на глубине 400-500 м, наибольший приток составляет 1100м³/ч. Ниже водопритоки заметно уменьшаются. В угольных бассейнах распределение шахт по интенсивности притока шахтных вод различно /табл. 6.3/.

Таблица 6.3 - Распределение шахт по интенсивности

притока шахтных вод

При проведении подготовительных/ствол, штрек, квершлаг и др./ выработок и очистных работ часто происходит дренирование водоносных горизонтов. При проходке шахтных стволов в Донбассе средний приток воды из отдельных горизонтов в основном не превышает 20 м³ /ч. Известны случаи, когда при проходке ствола в несколько сотен метров выработки оставались сухими /шахта «Смолянка» в Донецко-Макеевском районе/. При сооружении ствола шахты «Первомайская» /Алмазно-Марьевский район/ из песчаника K₉SL₁ получен приток воды свыше 1000 м³/ч, а из песчаника K₆SK₇ - 1200 м³/ч. Первоначальные притоки со временем значительно снижаются, а иногда выделение воды прекращается совершенно. При вскрытии известняка К₆ квершлагом на шахте «Сутоган» /Селезневский район/ первоначальный приток воды составил 300 м³/ч. По мере развития очистных работ над выработанным пространством происходит обрушение и оседание пород, сопровождающееся появлением многочисленных трещин, причем некоторые из них могут достигать дневной поверхности. Через них в горные выработки поступают подземные и поверхностные воды. Отмечены случаи больших /300-500 м³/ч/ кратковременных водопритоков. Источником обводнения нередко служат напорные воды из водоносных горизонтов, расположенных в почве разрабатываемого пласта. На шахте Первомайская /Алмазно-Марьевский район/ при отработке пласта K_в происходили прорывы /до 3000 м³/ч/ из песчаника, залегающего в почве.

Общий приток воды во все шахты Донбасса составляет примерно 40000 м³/ч или около 1000000 м³/сут. Средний приток в одну шахту равен 60 м³/ч. Притоки по отдельным районам значительно отличаются от средних цифр. Наименее обводнены /притоки 10-50) м³/ч/ шахты, расположенные на площадях сплошного распространения слабоводопроницаемых пород неогенового и четвертичного возрастов /Гуково-Зверевский и Белокалитвинский районы в Восточном Донбассе/. Более обводнены шахты в тех районах, 1ще каменноугольные отложения непосредственно выходят на поверхность на больших площадях /Чистяково-Снежнянский, Боково-Хрустальский, Должано-Ровенецкий, Центральный и другие районы/. Наиболее обводнены шахты Красноармейского района, где угленосная толща на всей площади перекрыта мощными обводненными песками палеогена /притоки 120-160 м³/ч/.

При одновременной разработке многих пластов происходит дренирование большого количества водоносных горизонтов, поэтому при прочих равных условиях отмечается возрастание притоков воды. В шахтах с форсированной добычей угля водообильность ниже, хотя приток воды в связи с увеличением обнаженной поверхности горных выработок может даже увеличиваться.

Шахтные воды содержат минеральные, органические и бактериальные примеси. Химический состав и свойства подземных вод определяются количеством и соотношением содержащихся в них положительных и отрицательных ионов, наличием некоторых недиссоциированных соединений, реакцией воды /величина рН/, жесткостью, общей минерализацией, количеством и составом растворенных и нарастворенных.газов. Среди ионов наибольшее распространение имеют катионы Na⁺, K⁺, Са²⁺ и Mg²⁺, анионы 6OH, HCO₃^-, Cl^-, NO₃^-, CO₃^2- и SO₄^2-. К числу наиболее важных недиссоциированных соединений относятся Fe₂O₃, Al₂O₃ и H₂SiO₃. Наиболее распространенные газы – O2, CO₂, N₂, H₂S, CH₄ и др. По химическому составу подземные воды подразделяются на классы /гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и сложного состава/ и на подклассы /натриевые, кальциевые, магниевые и смешанные/. Кроме того, в шахтной воде присутствуют нерастворимые твердые примеси: во взвешенном состоянии - в виде отдельных частиц /до 100 мкм/, в виде суспензий /от 0, 1 до 100 мкм/ и в коллоидном состоянии /от 0, 01 до 0, 1 мкм/. Органические примеси содержат частицы чистого угля, минеральные масла, продукты жизнедеятельности живых организмов, разложения древесины и др. Для оценки загрязнения воды органическими веществами используют химическую перманганатную окисляемость /ХПК/ и биохимическую потребность в кислороде /БПК/. Последняя величина равна отношению массы кислорода /в миллиграммах/, необходимого для окисления органических веществ в воде при определенных условиях, к объему этой воды /в литрах/. Бактериальную загрязненность различными микроорганизмами /плесневые грибки, микробы и др./ определяют по микробиологическим показателям. Коли-титр характеризует минимальный объем /в миллилитрах/ материала /воды/, в котором содержится одна кишечная палочка; коли-тест /коли-индекс/ - количество кишечных палочек в 1 л воды; микробное число - общее число микробов в 1 мл воды. Загрязнение шахтной воды продуктами разложения растительного и животного происхождения характеризуется наличием в ней азота, аммоний - и нитрит-ионов.

Подземные воды находятся в постоянном взаимодействии с горными породами. Минерализация вод зависит от состава горных пород, длительности циркуляции, температуры, давления и других причин. При эксплуатации месторождения изменения химического состава проявляются в увеличении общей минерализации, жесткости и кислотности, в возрастании агрессивных свойств воды. При протекании по горным выработкам даже на небольшом расстоянии в водах повышается содержание сульфат-, хлор- и кальций-ионов. Минерализация шахтных вод всегда превышает минерализацию подземных вод на тех же глубинах.

В Донбассе минерализация вод угленосных отложений в основном составляет 2-3 г/л /иногда возрастает до 66 г/л/, жесткость - от следов до 250 мг.экв/л. Воды, как правило, слабощелочные и щелочные. На верхних горизонтах угольных месторождений, содержащих сернистые и высокосернистые /массовая доля серы более 2, 5%/ угли, формируются кислые воды, значание рН которых иногда достигает 2, 8 /шахта № 152 ПО " Донбассантрацит" /. Появлению таких вод благоприятствуют увеличение мощности и угла падения угольного пласта, залегание в почве или кровле песчаников и известняков, нарушенность пород кровли. Температура шахтных вод изменяется от 6 до 28 °С и зависит от глубины разработки. Коли-титр 4^.10^-3 на 100 мл. Воды характеризуются повышенной окисляемостью /6, 5-40 мг/л О₂ и более/, что свидетельствует об их загрязнении органическим веществом. Установлено присутствие NH₄ /до 10 мг/л/ и NO₃/до 17 мг/л/. Шахтные воды преимущественно характеризуются сульфатной и общекислотной агрессивностью. Слабоагрессивными считают воды с концентрацией сульфатов 300-800 мг/л, агрессивными - более 800 мг/л. Шахтные воды Донбасса в основном слабоагрессивные. В целях предотвращения коррозии бетона и металла необходимо использовать сульфатостойкие сорта цемента, бетоны повышенной плотности, производить пбкрытиа битумом, смолами и др.

Подземные воды в разных районах Донбасса имеют неодинаковый состав:

В хорошо обнажённых районах центральном части преобладают слабоминерализованные /до I г/л/ гидрокарбонатные и гидрокарбонатно-сульфатные воды с натрием или натрий-кальцием. В окружающих обнаженную часть бассейна районах /Донецко-Макеевский, Центральный, Алмазно-Марьевский и др./, где возрастает мощность четвертичных отложений, наблюдается постепенное увеличение минерализации до 2-3 г/л, воды приобретают в основном сульфатный или сульфатно-гидрокарбонатный с кальций-натрием состав. К периферии бассейна, гда угленосная толща перекрыта мезокайнозойскими породами, воды становятся хлоридно-натриевыми с минерализацией до 40-50 г/л.

Вертикальная гидрохимическая зольность в хорошо обнаженных районах Донбасса заключается в смене гидрокарбонатно-кальций-натриевых вся верхнай зоны /зона активного водообмена/ сульфатно-натриевыми водами в зоне затрудненного водообмена и далее водами хлоридно-натриевого состава в зоне застойного режима с общим увеличением минерализации до 2-3 г/л. Шахтные воды гидрокарбонатного состава прослеживаются от поверхности до глубины 100-200 м, сульфатного - до 500-800 м, хлоридного - ниже 800 м. В районах, прилегающих к обнаженной части бассейна, зона гидрокарбонатных вод отсутствует и до глубины 500-600 м распространены сульфатно-натриевые воды, сменяющиеся водами хлоридно-натриевого состава с минерализацией 5-6 г/л. В периферийной части с глубин 100-300 м залегают хлоридно-натриевые воды.

Территория месторождения и прилегающие к ней площади подвергаются интенсивной деятельности человека. Поэтому на химическом составе и свойствах подземных вод сказывается механическое, химическое, радиологическое и биологическое загрязнение в процессе сброса шахтных, производственных и хозяйственных вод. Площади загрязнения могут достигать значительных размеров, в составе воды концентрации загрязняющих веществ могут превышать предельно допустимые значения.

Угольными предприятиями Украины ежегодно откачивается - около 800 млн м³ вод. Неочищенные воды приносят народному хозяйству убыток в размере 0, 14 руб. на 1 м³. В угольной промышленности работает свыше 850 водоочистных сооружений, куда поступает около 1, 2 млрд м³ загрязненных вод. Для очистки воды применяются такие методы: механические /машины и аппараты, основанные на действии центробежных сил, вакуума, давления и др./, безреагентные физико-химические /коагуляция, флотация, электрическая и магнитная обработка воды/, реагентные или химические, электрохимические и др. Безреагентная очистка производится отстаиванием в отстойниках и прудах-осветлителях, фильтрованием через слой зернистого материала, сетки, ткани и др. В зависимости от характера движения осветленной воды различают вертикальные, горизонтальные и радиальные отстойники. Фильтрование применяется при незначительной мутности исходной жидкости /до 75 мг/л/. Реагенгная очистка используется для более полного удаления взвешенных частиц иэ шахтной воды. Это выполняется с помощью различных химических веществ и электрохимических процессов. Применение высокомолекулярных флокулянтов способствует интенсификации процесса осветления. Нейтрализация кислых вод осуществляется различными щелочами. Наибольшее распространение в отрасли получили механические и химические способы очистки.

Процесс очистки шахтных вод состоит из осветления, обеззараживания, опреснения и нейтрализации. Осветление производится в песколовках /предварительная очистка от грубодисперсных и плавающих примесей/ в смесительных устройствах /смешивание реагентов о шахтной водой/, отстойниках /выделение грубодисперсных примесей/, гидроциклонах /осветление высокомутных вод в реагентных системах/ и в процессе фильтрования /глубокая очистка от взвешенных веществ/. Обеззараживание достигается хлорированием /жидкий хлор, хлорная известь и др./, бактерицидным или ультрафиолетовым облучением. Опреснение или деминерализация выполняется дистилляцией, электродиализом, ионным обменом и др. При добавлении к кислым водам извести, известняка, мрамора, доменных шлаков происходит их нейтрализация.

Угольная промышленность - крупный потребитель воды, из которой 75% приходится на питьевую воду. Щахтная вода пока используется в небольшом объеме, хотя ее использование экономически целесообразно. Неочищенная шахтная вода может быть использована для гидрозакладки выработанного пространства, гидродобычи, гидротранспорта, тушения породных отвалов и т.д., после очистки - для пылеподавления, увлажнения угольного массива, для технических целей на предприятиях других отраслей, для орошения и полива в сельском хозяйстве, для устройства искусственных водоемов и др.

Шахтами Донбасса ежегодно используется 330 млн. м³ очищенной шахтной воды или более 41% объема забираемой воды. Наиболее высокие показатели достигнуты в ПО " Шахтерскантрацит" /92, 2%/, " Краснодонуголь" /87, 3 %/.