Угольный шлак материал для рекультивации карьеров. Строительные отходы на рекультивацию карьеров

Карьер - это совокупность горных выработок, образованных при добыче полезного ископаемого открытым способом; горное предприятие по добыче полезных ископаемых открытым способом.

Принцип открытой разработки заключается в том, что более мощные слои пород, покрывающих пласт полезного ископаемого, в пределах горного отвода разделяется на горизонтальные слои - уступы, которые вынимают последовательно в направлении сверху вниз с опережением нижних слоев верхними. Высота уступа зависит от прочности пород и применяемой техники и колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров.

Карьеры по следующим классификационным признакам: - характеру залегания пород (открытые, скрытые, обводненные); - расположению на рельефе местности (на водоразделах, на дне и склонах логов, в равнинной местности); - глубине разработки (мелкого, заложения глубокого, заложения каскадно-комбинированного); - направлению рекультивации (лесное, сельскохозяйственное, водное).

Рекультивация земель - это комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных и загрязненных земель, а также на улучшение условий окружающей среды. Рекультивации подлежат нарушенные земли всех категорий, а также прилегающие земельные участки, полностью или частично утратившие продуктивность в результате отрицательного воздействия нарушенных земель. Рекультивация земель является составной частью технологических процессов, связанных с нарушением земель и должна проводиться с учетом местных почвенно-климатических условий, степени повреждения и загрязнения, ландшафтногеохимической характеристики нарушенных земель, конкретного участка, требований инструкции. Рекультивируемые земли и прилегающая к ним территория после завершения всего комплекса работ должны представлять собой оптимально организованный и экологически сбалансированный устойчивый ландшафт.

Эксплуатируемые и заброшенные карьеры, способствуют возникновению следующих вредных процессов: 1) являться дополнительным источником увлажнения и разрушения земляного полотна дорог, заиления кюветов, подтопления близлежащих зданий и сооружений; 2) вызывают активизацию оползней, осыпей, необратимые нарушения в плодородном слое почвы, приводящие к ее деградации и гибели растительности. В свою очередь это вынуждает животных менять места обитания; 3) способствуют значительным изменениям гидрологического и гидрогеологического режимов прилегающей территории, которые приводят к существенным изменениям уровней грунтовых и поверхностных вод, вплоть до истощения водоносного горизонта.

В настоящее время для отработанных карьеров возможны следующие виды рекультивации: приведение земель и территорий в состояние, пригодное для использования в сельском, лесном, городском и дорожном хозяйствах (планировочная), устройство в карьерных разработках водоемов различного предназначения (промышленного, социально-бытового, культурно-ландшафтного, противопожарного, сельскохозяйственного и другого).

Водоемы на месте карьеров. Достаточно широко применяется методология превращения выработанных карьеров в пруды и водоемы различного расположения и предназначения. Это способствует благоустройству территорий и их рациональному хозяйственному использованию.

Другим способом использования отработанных карьеров может быть аккумуляция сбросного стока, с дальнейшим использованием для различных хозяйственных потребностей. Карьеры могут быть использованы в качестве временных и вспомогательных сооружений для водоотведения и накопления сточных вод автостоянок, заправочных станций строительного автотранспорта и других сооружений. Могут быть рекомендованы способы использования карьеров для погребения кавальерных грунтов, отходов строительных материалов, вышедших из строя конструктивных элементов мостовых переходов и т. д. Небольшие карьерные выемки иногда используют в качестве хранилищ жидких хлоридов для борьбы с гололедом. Во избежание просачивания соляного раствора в грунт дно предварительно выстилается пленочным или другим материалом. Карьеры, в которых закончена добыча материала, могут быть использованы в качестве временных или постоянных накопителей пресной воды для бытового потребления, коммунального хозяйства и других целей. Они могут быть так же использованы в сельском хозяйстве для орошения, водоснабжения, а также для разведения рыбы и водоплавающей птицы.

Рекультивация карьеров может производиться различными методами в зависимости от типа карьера и его местоположения В большинстве случаев рекультивация карьеров производится путем засыпки их промышленными отходами с малой опасностью для окружающей среды. При этом порядок засыпки и устройства защитных сооружений определяет проект рекультивации карьера, который должен учитывать множество факторов. Один из важных моментов, которой должен быть отражен в проекте рекультивации карьера – это размещение карьера относительно водоохранных зон и меры предотвращения фильтрации стоков. Особенно важно предусмотреть водоохранные меры, когда проектируется рекультивация песчаного карьера.

Карьерные выемки и отвалы образуются при добыче строительных материалов и полезных ископаемых открытым способом. Вскрышные породы, выносимые на поверхность земли и складируемые в виде насыпи, называются внешними отвалами. Вскрышные породы, отсыпаемые внутри карьера, называются внутренними отвалами. Глубина карьерных выемок определяется мощностью, расположением и глубиной залегания пласта. Высота отвалов регламентируется проектом разработки месторождения и проектом рекультивации нарушенных земель.

Добыча полезных ископаемых проводится в течение длительного времени, поэтому рекультивация горных выработок и отвалов включается в технологическую схему разработки месторождения и осуществляется постоянно, по мере сработки пласта. Основными работами, проводимыми при создании рекультивационной поверхности отвалов, являются планировка и землевание. Землевание выполняют снятым почвенным слоем или потенциально плодородными породами. Землевание поверхности откосов скальных отвалов осуществляют с помощью грунтомета, способного выбрасывать фрезерованный грунт на расстояние до 35 м.

Для создания на рекультивационной поверхности отвала растительного покрова используют гидропосев многолетних трав, рабочая смесь которого может включать воду, почву, опилки, семена, небольшие дозы минеральных удобрений, пленкообразующие материалы и т.д.

Озеленение поверхности отвалов с помощью многолетних трав и древесно-кустарниковой растительности, подобранной для конкретных условий, ослабляет эрозионные процессы, повышает устойчивость откосов и ускоряет образование многоярусных сообществ биоты.

По пригодности для проведения биологической рекультивации без предварительного землевания вскрышные породы объединены в следующие группы:

Непригодные по химическому составу породы, содержащие сульфиды и токсичные соли свыше 2%, имеющие рН менее 3.5;

Непригодные по физическим свойствам - трудно выветриваемые, скальные и полускальные породы;

Мало пригодные породы по химическому составу, имеющие рН = 3.5…5.5 и сумму легко растворимых солей в пределах 1…2%;

Мало пригодные по физическому и химическому составу - быстро выветривающиеся сланцы, сильно уплотненные, сцементированные породы;

Пригодные потенциально плодородные породы - подпочвенные горизонты зональных почв.

При добыче полезных ископаемых в зонах избыточного переувлажнения формирование рекультивационной поверхности проводится одновременно с созданием благоприятных гидрологических и гидрогеологических условий внутренних отвалов. Планировка поверхности отвалов выполняется с уклонами, необходимыми для организации поверхностного стока, а при наличии близких грунтовых вод - для строительства открытой осушительной сети. Конструкции осушительной сети принимаются в зависимости от направления использования нарушенных земель.

Рекультивация гидроотвалов начинается на 6…8 год после окончания их намыва. За этот период они стабилизируются, подсыхают и частично покрываются растительностью. Гидроотвалы, построенные в балочных понижениях, представляют собой переувлажненные территории, водный режим которых складывается при участии вод отвала, притока поверхностных и грунтовых вод с водосбора. Регулирование водного режима таких территорий осуществляется с помощью водных (гидротехнических) мероприятий.

Рекультивация гидроотвала включает культуртехнические работы и создание растительного покрова в зависимости от принятого направления использования. Землевание и планировка обычно на таких отвалах не проводится, так как они сложены из потенциально плодородных пород и имеют выровненную поверхность. Поверхности гидроотвалов вскрышных пород, построенных в дамбах обвалования, планируются с уклонами, устойчивыми против эрозии.

Гидроотвалы, образованные из отходов обогащения руд на обогатительных фабриках, называются хвостохранилищами. По химическому составу отходы обогащения имеют существенное различие, которое определяется набором химических элементов в горных породах и способом обогащения (гравитация, флотация, магнитная сепарация и т.д.). Отвалы отходов зарастают очень медленно из-за сильной эрозии, высокой токсичности и недостатка влаги. Поэтому хвостохранилища преимущественно используются в санитарно-эстетических целях и лишь при наличия резерва почвенного слоя - в лесохозяйственных и сельскохозяйственных целях. Основными работами технической рекультивации являются планировка, экранирование, землевание, противоэрозионные мероприятия, регулирование водного режима, очистка дренажных вод. Биологическая рекультивация включает стимулирование дикорастущей растительности, посев многолетних трав и посадку древесно-кустарниковой растительности.

Объектами, подобными хвостохранилищам, являются золоотвалы, образующиеся в результате гидроскладирования отходов от сжигания каменного угля в тепловых электростанциях. Эти отходы также сложны по химическому составу и не всегда имеют благоприятный водный режим для естественного зарастания. Рекультивация золоотвалов выполняется по схемам аналогичным рекультивации хвостохранилищ, но непременно с учетом химического состава золы, местных природно-климатических условий и возможности ее последующего использования для производства строительных изделий, материалов, удобрений и т.д.

Для отвалов, содержащих токсичные соли, можно рекомендовать схему рекультивации, разработанную лабораторией охраны природы Оренбургского сельскохозяйственного института. По этой схеме на породы отвала наносят нейтрализующий слой извести дозой 10 т/га, затем создают глинистый экран толщиной 15 см, дренирующий песчаный слой толщиной 30 см. Далее наносят 60-ти см слой супесчаных или суглинистых грунтов в качестве почвообразующей породы и затем почвенный слой толщиной 20…30 см - для посева сельскохозяйственных культур или 50 см - для древесных растений.

Использование отвалов в строительных целях определяется сроком их отсыпки (намыва). На глинистых грунтах строительство начинается через 10…5 лет, на песчаных грунтах - через 2…5 лет, на отвалах обогатительных фабрик - через 2…10 лет. При отсыпке отвалов без технологического уплотнения строительные работы могут начинаться через 5 лет.

В отличие от отвалов вскрышных пород рекультивация карьерных выемок проводится не только в лесохозяйственных и сельскохозяйственных целях, но и в водохозяйственных, рыбохозяйственных и рекреационных целях. Это, в первую очередь, карьеры строительных материалов или другие отработанные месторождения, не имеющие в бортах токсичных пород.

Карьерные выемки после выработки ископаемых пород могут быть сухими, переувлажненными и затопленными водой. Поэтому обводненность карьера обязательно учитывается при выборе направления рекультивации.

Сельскохозяйственное использование карьера возможно, если площадь дна карьера более 2 га; имеется резерв почвы (содержание гумуса более 2%) для землевания; дно карьера сложено из потенциально плодородных пород; грунтовые воды нетоксичны и не засолены; существует естественная дренированность, обеспечивающая глубину грунтовых более 0.8 м, или условия для создания осушительной сети, кроме того карьер должен быть недалеко от населенного пункта.
Лесохозяйственное использование карьера (противоэрозионного и водорегулирующего назначения) возможно при условиях: наличия резерва почвы (содержание гумуса более 1%) для землевания; дно карьера сложено из потенциально плодородных пород; грунтовые воды нетоксичны и не засолены; находятся на глубине более 0.6 м или можно провести осушение; карьер расположен далеко от населенного пункта.

Для рекреационного использования карьера (водоем для спортивного рыболовства и купания) нужны следующие условия: вода в карьере отвечает рыбохозяйственным и санитарно-гигиеническим нормам; площадь водоема более 15 га (исходя из условий, что наименьшая площадь для купания - 5 га, для рыболовства - 10 га); есть возможность создания глубины воды для купания более 2 м, а для рыборазведения и рыболовства - 0.5…2 м; удовлетворены требования воспроизводства рыбы (площадь водоема с глубиной 0.15…0.5м должна составлять 20%, а с глубиной 0.5…2.0м - 80%); удаленность карьера от населенного пункта не влияет на данное направление использования.

После завершения разработок в карьере возможны различные варианты использования территорий. В основном рекультивацию проводят с целью использования территории под сельскохозяйственные угодья. Часто после рекультивации наблюдается даже некоторое повышение урожайности, так как при выемке грунта удаляются высокопроницаемые слои песка и гравия, а плодородный грунт приближается к грунтовым водам, улучшая обеспеченность водой сельскохозяйственных культур.

При рекультивации карьеров для сельскохозяйственного использования необходимо учитывать изменения микроклимата, сопровождающиеся возможностью скопления холодного воздуха, с целью уменьшения влияния холодного воздуха дну карьера придают легкий уклон в сторону долины.

В процессе карьерных разработок существенно уплотняют подпочвенные слои за счет рабочих перемещений строительной техники. Поэтому для повышения ценности рекультивируемой территории проводят тщательное рыхление подпочвы на глубину до 0,5 м, после чего на дно карьера наносят пахотный слой почвы, частично смешивая его с подпочвой. Толщина слоя зависит от количества плодородной почвы, которую удалось сохранить в процессе производства вскрышных работ.

На рациональное сельскохозяйственное использование территорий влияют форма и размеры рекультивируемой территории. Поэтому на стадии проектирования производства работ в карьере необходима параллельность границ отводимого участка площадью не менее 2 га.

Особая проблема рекультивации под сельскохозяйственные угодья в местах сухой выемки грунта - формирование откосов карьера.

Возможны два решения.

1. Рекультивацию карьеров глубиной до 5...6 м выполняют с выполаживанием откосов, которое позволяет получить дополнительные площади, пригодные для использования; ослабить эрозионные процессы на откосах; предохранить рекультивированную площадь от заноса частицами грунта, смываемыми с откосов; улучшить общий ландшафт рекультивируемой территории.

При использовании площади откосов карьеров в сельскохозяйственных целях их крутизна должна обеспечивать беспрепятственное движение машин как агрегатируемых с тракторами, так и самоходных. В соответствии с этими требованиями откосы карьеров должны быть выположены до крутизны m - 5 и более.

Схема производства работ при выполаживании откосов карьера приведена на рисунке 2.1

Рис. 2.1. Схема производства работ по выполажнванию бортов карьера: 1 - плодородный слой почвы; 2-потенциально плодородный слой; 3-слой непригодного грунта; 4 - дно карьера; 5 - борта карьера до выполаживания с заложением m k ; 6-проектное заложение бортов карьера (m) после выполаживания; 7-направление перемещения грунтовых масс при выполаживании; h x - остаточная глубина карьера без учета толщины слоя почвы; l 1, l 2, l 3 - проектные размеры

Рис. 2.2. Схема рекультивации и обустройства глубоких карьеров после сухой выемки грунта: 1-выработанное пространство карьера; 2-пашня; 3-уровень грунтовых вод; 4-восстановленный почвенный слой по дну карьера; 5-склон выработки; б-берма; 7-посадка саженцев деревьев и кустарниковой растительности после активации бедной почвы на склонах; 8,9-временные кавальеры потенциально плодородного и почвенного грунтов; 10- сформировавшаяся древесно-кустарниковая растительность; 11 - прежняя высота местности; 12-направление уклона дна карьера

2. Рекультивацию глубоких карьеров глубиной более 6...10 м выполняют без выполаживания, а их крутизна должна составлять не менее m = 1,5. Учитывая большую длину склонов в глубоких карьерах, через каждые 5 м по высоте на откосах устраивают бермы шириной до 3 и, выполняемые с некоторым уклоном в сторону откоса для зашиты его от обширной эрозии и обеспечения доступа техники в процессе рекультивации.

Схема рекультивации и обустройства глубоких карьеров с крутыми склонами откосов после сухой выемки грунта показана на рисунке 2.2.

Нередко выработанное пространство карьеров в период эксплуатации используют для бессистемного размещения внутренних отвалов смеси потенциально плодородного и непригодного грунтов вскрыши. Тогда условия проведения горнотехнического этапа рекультивации таких карьеров для сельскохозяйственного целевого использования существенно усложняются. При рекультивации площадей таких карьеров в целях сельскохозяйственного использования необходимо выполнять следующие условия. восстановление рекультивация карьер сельскохозяйственное

• 1. Непригодные и малопригодные породы внутренних отвалов вскрышных пород должны быть складированы и засыпаны слоем нетоксичных (потенциально плодородных) грунтов, пригодных для развития корневой системы растений: не менее 0,6 м для пашни; 0,7 м - для сенокосов, 1...2 м - для лесопосадок.
• 2. Сверху отсыпанной непригодной и малопригодной породы необходима отсыпка плодородного слоя почвы, забираемой из отвалов ранее снятого растительного грунта мощностью не менее 0,3...0,4 м под пашни, 0,2...0,3 м - под сенокосы. При устройстве лесопосадок почвенный грунт засыпают в ямы непосредственно при посадке деревьев и кустарников.

Схема выполнения работ при горнотехническом этапе рекультивации выработанного пространства карьеров после прекращения их эксплуатации показана на рисунке 2.3.

При совмещении вскрышных работ с горнотехническим этапом рекультивации выработанного пространства карьеров непосредственно в период их эксплуатации возможно снижение затрат почти в 3...4 раза за счет сокращения числа переработки пород и уменьшения дальности их перемещения. Схема очередности производства работ и направления перемещения горных пород при совмещении вскрышных работе горнотехническим этапом рекультивации карьеров показана на рисунке 2.4.

Рис. 2.3. Схема выполнения работ при горнотехническом этапе рекультивации выработанного пространства карьера после прекращения эксплуатации: а - разрез карьера в период эксплуатации; б - геологический разрез; в - разрез карьера в период проведения рекультивации; l - плодородный слой почвы; 2-потенциально плодородный слой; 3 - непригодные породы; 4 - полезное ископаемое; 5-подстилающие горные породы. 6 - потребитель; 7-внешний временный отвал плодородного грунта; 8-внешний временный отвал потенциально плодородного фунта; 9-выработанное пространство карьера; 10-внутренний отвал непригодного вскрышного грунта; 11 - дно карьера; 12-выровненный внутренний отвал непригодного грунта; 13 - насыпка нетоксичного (потенциально плодородного; слоя; 14 - отсыпка слоя почвы

Рис. 2.4. Схема производства работ по совмещению вскрышных работ с горнотехническим этапом рекультивации карьера: 1 - плодородный слой почвы; 2- потенциально плодородный грунт; 3-непригодный грунт; полезное ископаемое; 5- отгрузка полезного ископаемого потребителю; 6- дно карьера; 7-снятие и удаление плодородного слоя во внешние временные отвалы; 8- разработка вскрышного непригодного грунта и перемещение его в постоянный внутренний отвал; 9-разработка вскрышного потенциально плодородного грунта, перемещение и укладка его по верху ранее уложенного вскрышного непригодного грунта; 10- нанесение плодородного с л о я почвы из грунта, забираемого из временных внешних отвалов растительного грунта.

8.Рекультивация карьера

Под рекультивацией земель понимают комплекс мероприятий, направленных на восстановление продуктивности и хозяйствен­ной ценности нарушенных земель, а также улучшение условий окружающей среды.

Нарушенными считают земли, утратившие свою хозяйственную ценность или отрицательно влияющие на окружающую среду (ухудшение почвенных и гидрологических условий, образование отвалов и др.). Поэтому восстановлению (рекультивации) подле­жат породные отвалы карьеров и шахт, открытые горные выра­ботки, провалы поверхности на шахтных полях, хранилища отхо­дов, отвалы шлаков и другие земельные участки, поврежденные и загрязненные в результате деятельности промышленных предприятий, строительных геоло­горазведочных и изыскательских организаций.

Рекультивацию земель можно проводить в один или два этапа: техническая и биологическая рекультивация.

Техническая рекультивация включает снятие, складирование и сохранение плодородного слоя почвы, а такжe потенциально плодородных пород и при необходимости транспортировку их к новому месту укладки; раздельную выемку и складирование по­тенциально плодородных вскрышных пород; горно-планировоч­ные работы по выравниванию поверхности нарушенных земель, выполаживанию откосов отвалов и выемок; покрытие рекульти­вируемых поверхностей плодородным слоем почвы; при необхо­димости строительство подъездных путей и проведение противоэрозионных и культуртехнических мероприятий (включая стро­ительство гидротехнических сооружений, дренажной сети, рас­корчевку древесно-кустарниковой растительности, удаление кочек, уборку камней); химическую мелиорацию токсичных пород и загрязненных почв.

Техническую рекультивацию выполняют горные предприятия, а также организации, проводящие строительные, изыскательские и другие работы, связанные с нарушением почвенного покрова.

При планировке поверхности под пашню уклон рекультиви­руемого участка не должен превышать 20, для сенокосов и паст­бищ - 2 ...4, для посадки садов и ягодников - 50, недопустимо образование котловинных форм рельефа и микропонижений глу­биной более 30 см. На выровненную поверхность после усадки грунта наносят плодородный слой почвы. Мощность этого слоя для возделывания технических и овощных культур принимают 70 ... 80 см, зерновых колосовых, многолетних и однолетних трав - 30 ... 60 см. При закладке сада почву и потенциально пло­дородный слой породы вносят в посадочные ямы объемом не менее 1 м З.

Биологическая рекультивация включает комплекс агротехни­чecкиx и других мероприятий по восстановлению плодородия почв, повышению продуктивности сельскохозяйственных и лес­ных угодий, освоению водоемов, возобновлению флоры и фауны, а также устранению отрицательного воздействия нару­шенных земель на окружающую среду.

Биологическую рекультивацию выполняют землепользовате­ли, которым передают (возвращают) землю с выполненной тех­нической рекультивацией.

При биологической рекультивации земель под пашню подби­рают сельскохозяйственные культуры и мелиоративные севообо­роты, устанавливают нормы и периодичность внесения органи­ческих и минеральных удобрений, а также химических мелио­рантов, разрабатывают технологии обработки почвы.

Освоение рекультивируемых земель начинают с выращивания многолетних трав в течение 3 ...4 лет с запахиванием зеленой массы как сидерата. В случае, если техническим этапом не пред­усмотрено нанесение гумусированного слоя почвы и поверхность сложена потенциально плодородными породами, в мелиоратив­ных севооборотах предусматривают 6 ... 8-летнее возделывание бо­бовых трав.

Нормы внесения минеральных удобрений на рекультивируе­мых землях увеличивают в 1,5 ... 2 раза, навоза - в 2 раза по сравнению с нормами, рекомендуемыми для продуктивных зе­мель.

В проектах также предусматривают увеличение на 50 % нормы высева семян многолетних трав по сравнению с обычными. Состав травосмесей устанавливают в соответствии с зональ­ными особенностями. Отвальную вспашку намечают на глубину 22 ... 30 см (в зависимости от зоны) с почвоуглублением для улучшения водно-воздушного режима и более глубокого проникновения корневой системы растений в подпахотный горизонт.

Состав, содержание, порядок разработки, согласования и утверждения рабочих проектов рекультивации земель, а также ос­новные требования к изысканиям, проектированию и производ­ству работ зависят от объекта рекультивации (карьерные выемки, шахтные отвалы и др.), направления рекультивации (сельскохо­зяйственное, лесохозяйственное, водохозяйственное, строитель­ное и др.), периода времени, истекшего с момента окончания процесса нарушения земель и др. Составление рабочих проектов рекультивации нарушенных земель заключается в подготовительных камеральных и полевых работах; составлении проекта и изготовлении документов. Если необходимо, то проводят топографические, инженерно-геологи­ческие изыскания и почвенные обследования.

На основе материалов подготовительных работ разрабатывают задание на проектирование, в котором указывают общие сведе­ния об объекте, возможные направления рекультивации, требо­вания к проектным решениям, расчеты затрат на весь объем работ по очередям и условия производства работ. К заданию на проектирование прикладывают ситуационный план с указанием объектов рекультивации, дорог и т. д. При составлении рабочего проекта из возможных направлений рекультивации нарушенных земель, на­меченных в задании на проектирование, выбирают оптимальное и разрабатывают комплекс мероприятий по охране и воспроиз­водству природных и земельных ресурсов, эффективному ис­пользованию запасов плодородного слоя почвы.

Рекультивации в первую очередь подлежат участки нарушен­ных земель, оказывающих активное неблагоприятное воздейст­вие на окружающую среду. К ним относят глубокие карьеры, ямы и т. д., вызывающие на прилегающих землях иссушение или эрозию почвы, отвалы отходов обогатительного производства, золото отвалы с наличием токсичных веществ, загрязняющих по­чвенный покров и грунтовые воды. Направление рекультивации в значительной степени зависит от наличия пород, пригодных для рекультивации. В зависимости от химического и механического состава, а также инженерно-геологических показателей горные породы при проведении биологической рекультивации делят на: пригодные, малопригодные и непригодные, а пригодные, в свою очередь, ­на плодородные и потенциально плодородные, в соответствии с содержанием в них гумуса. Целевое использование рекультивируемых земель в большей степени определяется также характером их обводнения (иссу­шенные, сухие, влажные, переувлажненные и т. п.).

Для рыбного хозяйства в основном используются глубокие карьеры из-под глин и суглинков, а также в местах, где необходимо иметь водоемы для хозяйственных целей.

При рыбохозяйственном использовании рекультивируемых земель после планировки ложе водоема рыхлят на глубину 5…7 см и вносят 1…3 ц/га перегноя или навоза. Кислые почвы одновременно известкуют (до рН >7). Вода должна быть пригодной для жизни рыб. Фосфорные и азотные удобрения вносят как по сухому ложу, так и по воде. Норма минеральных удобрений за сезон составляет: аммиачной селитры 2…5, суперфосфата 1…2,5 ц/га. Аммиачную воду вносят за 7 дней до затопления пруда.

Владельцы патента RU 2433268:

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при рекультивации и консервации неглубоких карьеров, расположенных в аллювиальных отложениях, в том числе при добыче стройматериалов и разработке россыпей. Техническим результатом является ускорение процесса восстановления нарушенных земель за счет повышения устойчивости выположенных бортов карьера к эрозионным процессам, а также за счет создания в выработанном пространстве водоемов с благоприятными для восстановления их биологической продуктивности параметрами. Для этого выполаживание бортов карьера осуществляется снизу вверх путем их подсыпки с использованием более крепких пород, взятых со дна карьера. Подсыпка может осуществляться до разных вертикальных отметок на борту карьера в зависимости от горнотехнических условий залегания месторождения. 4 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при рекультивации и консервации неглубоких карьеров, расположенных в аллювиальных отложениях, в том числе при добыче стройматериалов и разработке россыпей.

В связи с ухудшением горнотехнических условий разработки месторождений полезных ископаемых ежегодно растет удельная землеемкость (м 2 /т) горных работ, в результате чего в настоящее время общая площадь нарушенных открытыми горными работами земель в России превышает три миллиона гектаров. Вопросы восстановления нарушенных земель в настоящий период весьма актуальны и включены в приоритетное направление развития науки и технологий «Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых».

Известен способ рекультивации неглубоких карьеров (глубина 2-8 м) с отвалами вскрышных пород, размещенных на одном или двух бортах [Зубченко Г.В., Сулин Г.А. Рациональное использование водно-земельных ресурсов при разработке россыпей. - М.: Недра, 1980, с.189-190, с.198-199.]. Рекультивация здесь сводится к переэкскавации всех или части породных отвалов в выработанное пространство и последующему выравниванию поверхности (прибортовой полосы карьера) под углом 3-6°.

Общим признаком аналога с заявленным объектом является выполаживание бортов и засыпка дна карьера.

Недостатком способа является невозможность осуществления ускоренного восстановления нарушенных земель с использованием данного технического решения при небольшой мощности вскрышных пород, что не позволяет полностью сформировать растительный слой на нарушенной поверхности, а также в связи с эрозией выположенных бортов карьера из-за формирования их из рыхлых отложений, перекрывающих продуктивный пласт.

При разработке многих месторождений полезных ископаемых мощность пустых пород, перекрывающих пласт полезного ископаемого, невелика, поэтому вскрышных пород недостаточно для выполаживания бортов и засыпки выработанного пространства (в том числе месторождения песчано-гравийной смеси, песка, глины, россыпи). Данный способ неприемлем для карьеров с незначительным количеством вскрышных пород.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ рекультивации при открытой разработке месторождений (а.с. №1062392, кл. Е21С 41/00 / В.И.Горкунов, B.C.Завалишин, К.З.Валиев, опубликовано 23.12.83, бюл. №47).

Общими признаками прототипа с заявленным способом являются перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад (отвал) на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладка почвенного слоя на вскрышные породы.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что основным недостатком последнего является низкая устойчивость сформированных из рыхлых отложений выположенных бортов карьера к водной эрозии. При разработке месторождений песка, глины и песчано-гравийной смеси вновь сформированные борта рекультивированной выработки размываются дождевыми и талыми водами, в связи с чем затягивается их естественное зарастание. Кроме того, данный способ связан с повышенной опасностью работы горного оборудования на бортах карьера из-за возможности их обрушения или оползания, а также с дополнительным нарушением земель за пределами контура карьера. В случае создания в выработанном пространстве водоема его глубина на многих карьерах может быть недостаточной для сохранения ихтиофауны в зимний период.

Группа изобретений направлена на создание технологий рекультивации нарушенных земель, обеспечивающих более быстрое их восстановление при различных горно-технических параметрах разработки месторождений и природно-климатических условиях.

Технический результат заключается в обеспечении ускоренного восстановления экосистемы нарушенных горными работами земель за счет повышения устойчивости выположенных бортов карьера к эрозионным процессам и оползанию путем формирования их из более крепких пород, взятых со дна карьера, а также за счет создания в выработанном пространстве водоемов с благоприятными для восстановления их биологической продуктивности параметрами. Углубление карьера позволяет исключить полное промерзание создаваемого водоема в зимний период, приводящее к гибели ихтиофауны.

Технический результат достигается тем, что в способе рекультивации карьеров, охарактеризованном в п.1 формулы изобретения, включающем раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, согласно изобретению выполаживание бортов осуществляют снизу вверх путем их подсыпки с использованием пород, взятых со дна карьера.

Подсыпка бортов более крепкими породами, взятыми со дна карьера (песчаники, аргиллиты, сланцы, алевролиты и т.д.), позволяет увеличить устойчивость бортов к эрозионным процессам и обеспечить необходимый отвод излишек воды во время осадков и таяния снега из поверхностных слоев (слой вскрышных пород и почвы), выполняя роль дренажного устройства и предотвращая оползневые явления. При разработке месторождений глины и песка после рекультивации карьеров без укрепления бортов размыв последних продолжается длительное время. При незначительной мощности перекрывающих продуктивный пласт пород (при коэффициенте вскрыши менее 0,3-0,5) объемов отвалов недостаточно для выполаживания бортов известными способами либо требуется дополнительное нарушение поверхности за пределами контуров карьера. Подсыпка бортов породами со дна карьера позволяет обеспечить выполаживание без увеличения землеемкости горных работ.

При достаточно большой глубине карьера с целью сокращения трудоемкости рекультивационных работ осуществляют частичную подсыпку бортов карьера.

Технический результат достигается тем, что в способе рекультивации карьеров, охарактеризованном в п.2 формулы изобретения, включающем раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный отвал на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, согласно изобретению выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх до кровли продуктивного пласта с использованием пород, взятых со дна карьера, после чего выполаживание производят сверху вниз с использованием вскрышных пород.

Подсыпка бортов до кровли продуктивного пласта позволяет предохранить от эрозии слабые породы, представляющие полезное ископаемое (песок, глина), а также обеспечить консервацию пласта угля и предотвратить его окисление или возгорание.

В случае консервации карьера подсыпка бортов полускальными породами позволяет уменьшить объем работ по перекрытию полезного ископаемого за счет увеличения угла откоса подсыпки, а также сокращает разубоживание минерального сырья за счет предотвращения естественного выполаживания в результате эрозионных процессов.

В случае рекультивации карьера с созданием в выработанном пространстве водоема подсыпка бортов предотвращает абразию или волновую эрозию выположенных бортов.

Технический результат достигается тем, что в способе рекультивации карьеров, охарактеризованном в п.3 формулы изобретения, включающем раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный отвал на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, согласно изобретению выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх с использованием пород, взятых со дна карьера, до максимальной отметки прогнозируемого уровня воды в затапливаемом после рекультивации карьере, после чего выполаживание производят сверху вниз с использованием вскрышных пород.

В связи со значительными колебаниями уровня воды в создаваемых при рекультивации водоемах и волновом воздействии на прибрежную зону борта карьера, сложенные рыхлыми отложениями, подвергаются экзогенным процессам и интенсивной эрозии с заиливанием дна. Укрепление их полускальными породами позволит повысить их противоэрозионную устойчивость.

При разработке многих месторождений стройматериалов в поймах рек, а также россыпей вдоль небольших речек и ручьев глубина карьеров ограничивается несколькими метрами. После завершения добычных работ обеспечить самотечное удаление воды из выработанного пространства довольно сложно и часто связано с дополнительным нарушением земель при создании водоотводной траншеи. Вместе с тем, созданию в выработанном пространстве водоема препятствует незначительная глубина карьера, при которой водоем может промерзать до дна. Последний факт резко затрудняет процесс воссоздания ихтиофауны и ихтиофлоры в этих водоемах из-за их гибели в зимний период. В ряде случаев происходит заболачивание выработанного пространства. В этих условиях углубление выработки позволяет предотвратить промерзание водоема до дна и таким образом обеспечивает более интенсивное развитие его биологической продуктивности.

В таких условиях технический результат достигается тем, что в способе рекультивации карьеров, охарактеризованном в п.4 формулы изобретения, включающем раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный отвал на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладка почвенного слоя на вскрышные породы, согласно изобретению, выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх с использованием пород, взятых со дна карьера за счет его углубки, до отметки, соответствующей глубине создаваемого в рекультивированном карьере водоема на 0,5-1,0 м больше толщины льда.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема ведения работ по рекультивации карьеров по варианту, охарактеризованному в п.1 формулы изобретения, где

1 - слой почвы;

2 - слой вскрышных пород;

3 - пласт полезного ископаемого;

4 - подстилающие (полускальные) породы (плотик);

5 - борт карьера;

6 - подсыпка борта породами, взятыми со дна карьера;

7 - слой задирки плотика из полускальных пород (обозначен пунктиром);

8 - слой вскрышных пород на выположенном борту и дне карьере;

9 - слой почвы на выположенной поверхности вскрышных пород;

10 - временный отвал вскрышных пород (обозначен пунктиром);

11 - временный склад почвы (обозначен пунктиром).

На фиг.2 представлена схема проведения работ по рекультивации карьеров по варианту, охарактеризованному в п.2 формулы изобретения, где

позиции с 1-11 те же, что и на фиг.1,

12 - призма из пород вскрыши, перемещаемых при выполаживании.

На фиг.3 представлена схема проведения работ по рекультивации карьеров по варианту, охарактеризованному в п.3 формулы изобретения, где позиции с 1-12 те же, что и на фиг.1 и 2.

На фиг.4 представлена схема проведения работ по рекультивации карьеров по варианту, охарактеризованному в п.4 формулы изобретения, где позиции с 1-12 те же, что и на фиг.1-3.

Способ по варианту, описанному в п.1 формулы изобретения, осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности снимают слой почвы 1 и транспортируют ее на склад 11, расположенный на дне карьера или на спланированном ранее слое вскрышных пород 8. Выемку слоя почвы 1 могут осуществлять бульдозером с укладкой ее во временные навалы, из которых почвенный слой экскаватором перегружают в автотранспорт и перевозят к месту складирования в центр карьерного поля. После этого производят вскрышные работы с размещением пустых пород 2 во временные ленточные отвалы 10 за контуром карьера на нерабочих бортах 5. Указанные работы могут выполнять бульдозерами или скреперами. По завершении вскрышных работ производят выемку полезного ископаемого 3 в намеченных контурах. После актировки отработанных площадей производят выполаживание бортов с использованием полускальных пород 7, взятых со дна карьера.

Подсыпку бортов могут производить как до верхней бровки, так и чуть ниже ее. Высота подсыпки определяется с учетом суммарной мощности слоя вскрышных пород 8, наносимых сверху, и мощности почвенного слоя 9, а также с учетом величины осадки и степени заполнения пор полускальных пород, взятых со дна карьера 7, рыхлыми отложениями пород вскрыши 2.

С целью ускорения самозарастания рекультивированной поверхности полускальные породы 7, составляющие подсыпку 6, засыпают слоем вскрышных пород 2 мощностью не менее 0,2-0,4 м, взятых из временных отвалов 10, расположенных у кромки бортов. Вскрышные породы 2 частично заполняют поры полускальных пород подсыпки 6 и тем самым создают устойчивый к эрозии и потенциально плодородный слой пород.

Способ по варианту, описанному в п.2 формулы изобретения, осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности снимают слой почвы 1 и транспортируют ее на склад 11, расположенный на дне карьера или на спланированном ранее слое вскрышных пород 8. Выемку слоя почвы 1 могут осуществлять бульдозером с укладкой ее во временные навалы, из которых почвенный слой экскаватором перегружают в автотранспорт и перевозят к месту складирования в центр карьерного поля. После этого производят вскрышные работы с размещением пустых пород 2 во временные ленточные отвалы 10 за контуром карьера на нерабочих бортах 5. Указанные работы могут выполнять бульдозерами или скреперами. По завершении вскрышных работ производят выемку полезного ископаемого 3 в намеченных контурах. После актировки отработанных площадей производят выполаживание бортов с использованием полускальных пород 7, взятых со дна карьера.

Выемку (задирку) подстилающих пласт полезного ископаемого 3 слоя полускальных пород 7 производят бульдозерами, при необходимости оборудованными рыхлителями. Подсыпку бортов карьера 5 осуществляют послойно с углом откоса выположенного борта 7-23° в зависимости от направления рекультивации нарушенных земель.

Данный вариант способа рекультивации целесообразно применять при достаточно большой мощности вскрышных пород, поэтому с целью сокращения трудоемкости работ подсыпку бортов осуществляют до кровли продуктивного пласта. После этого породы вскрыши из отвалов 10 и призмы 12 у верхней бровки бортов выше кровли продуктивного пласта 3 укладывают бульдозером на выположенный борт и дно карьера.

Способ по варианту, описанному в п.3 формулы изобретения, осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности снимают слой почвы 1 и транспортируют ее на склад 11, расположенный на дне карьера или на спланированном ранее слое вскрышных пород 8. Выемку слоя почвы 1 могут осуществлять бульдозером с укладкой ее во временные навалы, из которых почвенный слой экскаватором перегружают в автотранспорт и перевозят к месту складирования в центр карьерного поля. После этого производят вскрышные работы с размещением пустых пород 2 во временные ленточные отвалы 10 за контуром карьера на нерабочих бортах 5. Указанные работы могут выполнять бульдозерами или скреперами. По завершении вскрышных работ производят выемку полезного ископаемого 3 в намеченных контурах. После актировки отработанных площадей производят выполаживание бортов с использованием полускальных пород 7, взятых со дна карьера.

Выемку (задирку) подстилающих пласт полезного ископаемого 3 слоя полускальных пород 7 производят бульдозерами, при необходимости оборудованными рыхлителями. Подсыпку бортов карьера 5 осуществляют послойно с углом откоса выположенного борта 7-23° в зависимости от направления рекультивации нарушенных земель.

С целью уменьшения объемов работ по подсыпке бортов в случаях создания водоемов в выработанном пространстве подсыпку осуществляют до отметок, соответствующих максимально возможному уровню воды после затопления выработки (как правило, максимальному естественному уровню грунтовых вод).

После этого породы вскрыши из временных отвалов 10 и призмы 12 у верхней бровки бортов выше кровли продуктивного пласта 3 укладывают бульдозером на выположенный борт и дно карьера.

После нанесения слоя вскрышных пород 8 на выположенные борта и дно карьера поверх него наносят слой почвы 9, взятый из временного склада почвы 11. Слой почвы наносят бульдозером.

Способ по варианту, описанному в п.4 формулы изобретения, осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности снимают слой почвы 1 и транспортируют ее на склад 11, расположенный на дне карьера или на спланированном ранее слое вскрышных пород 8. Выемку слоя почвы 1 могут осуществлять бульдозером с укладкой ее во временные навалы, из которых почвенный слой экскаватором перегружают в автотранспорт и перевозят к месту складирования в центр карьерного поля. После этого производят вскрышные работы с размещением пустых пород 2 во временные ленточные отвалы 10 за контуром карьера на нерабочих бортах 5. Указанные работы могут выполнять бульдозерами или скреперами. По завершении вскрышных работ производят выемку полезного ископаемого 3 в намеченных контурах. После актировки отработанных площадей производят выполаживание бортов с использованием полускальных пород 7, взятых со дна карьера.

Выемку (задирку) подстилающих пласт полезного ископаемого 3 слоя полускальных пород 7 производят бульдозерами, при необходимости оборудованными рыхлителями. Подсыпку бортов карьера 5 осуществляют послойно с углом откоса выположенного борта 7-23° в зависимости от направления рекультивации нарушенных земель.

Данный вариант способа рекультивации следует применять при большой площади выработанного пространства и незначительном превышении естественного уровня грунтовых вод над дном карьера (менее 1,5 м). В этом случае следует углубить карьер при рекультивации не менее чем на 0,5 м. При этом параметры подсыпки бортов определяются объемом пород, полученных при углубке. Поперечное сечение подсыпки 6 будет иметь трапециевидную форму. После этого породы вскрыши из временных отвалов 10 и призмы 12 у верхней бровки бортов выше кровли продуктивного пласта 3 укладывают бульдозером на выположенный борт и дно карьера.

После нанесения слоя вскрышных пород 8 на выположенные борта и дно карьера поверх него укладывают слой почвы 9, взятый из временного склада почвы 11. Слой почвы наносят бульдозером.

1. Способ рекультивации карьеров, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, отличающийся тем, что выполаживание бортов осуществляют снизу вверх путем их подсыпки с использованием пород, взятых со дна карьера.

2. Способ рекультивации карьеров, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, отличающийся тем, что выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх до кровли продуктивного пласта с использованием пород, взятых со дна карьера, после чего выполаживание производят сверху вниз с использованием вскрышных пород.

3. Способ рекультивации карьеров, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, отличающийся тем, что выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх с использованием пород, взятых со дна карьера, до максимальной отметки прогнозируемого уровня воды в затапливаемом после рекультивации карьере, после чего выполаживание производят сверху вниз с использованием вскрышных пород.

4. Способ рекультивации карьеров, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, отличающийся тем, что выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх с использованием пород, взятых со дна карьера за счет его углубки до отметки, соответствующей глубине создаваемого в рекультивированном карьере водоема, на 0,5-1,0 м больше толщины льда.

Похожие патенты:

Изобретение относится к разработке полезных ископаемых открытым способом и может быть использовано при рекультивации затопленных агрессивной водой карьеров с целью снижения их негативного воздействия на окружающую среду и дальнейшего восстановления нарушенных земель

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при рекультивации и консервации неглубоких карьеров, расположенных в аллювиальных отложениях, в том числе при добыче стройматериалов и разработке россыпей