Рекультивация и обустройство карьеров нерудных материалов при сухой выемке грунта

Требования к технологии открытых горных работ и рекультивации нарушенных земель

При добыче полезных ископаемых и нерудных материалов открытым способом земли нарушают карьерными выемками, внутренними и внешними отвалами, гидроотвалами, в которые складируют вскрышные горные породы и отходы обогащения.

Вскрышные породы - горные породы, покрывающие и вмещающие тело полезного ископаемого и подлежащие выемке при открытой разработке месторождения.

Вскрышные породы, выносимые на поверхность и отсыпаемые в насыпи, располагаемые вне карьеров, называют внешними отвалами (рисунки 9, 10).

Вскрышные породы, отсыпаемые в насыпи, располагаемые в пределах карьерной выработки, называют внутренними отвалами (рисунок 11).

Отходы обогащения - горные породы, образующиеся при обогащении полезных ископаемых с целью повышения их товарной стоимости за счет улучшения технологических и потребительских свойств [1].

В зависимости от глубины карьеров и уровня залегания подземных вод карьерные выемки могут быть сухими, обводненными или подтопленными.

Глубина выемки грунта в карьере должна определяться глубиной залегания полезных ископаемых, возможностями землеройной техники, а также намерениями по дальнейшему использованию и обустройству нарушенной территории.

Необводненные карьеры карьерные выемки, в которых после выемки горных пород грунтовые воды залегают ниже подошвы карьера на глубине более одного метра.

При несоблюдении данного условия карьерные выемки бывают обводненны ми или подтопленными (рисунок 12).

Отвалы, формируемые намывным способом, называют гидроотвалами [1].

Отвалы Донецкой области

Рисунок 9 - Отвалы Донецкой области

Внешний отвал

Рисунок 10 - Внешний отвал

Внутренний отвал

Рисунок 11 - Внутренний отвал

Затопленный карьер (Инкерман)

Рисунок 12 - Затопленный карьер (Инкерман)

Промышленные отвалы многочисленны, поэтому возникает необходимость их подразделения. Каждая классификация обобщает явления по каким-то главным, типичным признакам. Если бы, предположим, требовалось создать классификацию отвалов с точки зрения использования их в строительстве, то необходимо было бы обратить основное внимание на их механический состав. Подобная классификация приняла бы крайне простой характер. Поскольку классификация должна служить целям рекультивации отвалов, то в первую очередь необходимо выделение таких признаков и подразделений, руководствуясь которыми, можно было бы уверенно намечать план исследований и сумму практических мероприятий для освоения данного типа отвалов.

Существует множество классификаций промышленных отвалов и две из них принадлежат польским ученым. Первая составлена Е. Папшицким, который подразделил не только отвалы, но и сопутствующие им выемки, т. е.

объединил два противоположных типа образований в рельефе -положительный и отрицательный. Классификационные признаки выделения как отвалов, так и выемок одинаковы: естественное зарастание, происхождение, активность, форма, механический состав (таблица 9) [2]. Однако, предложенная им классификация рассчитана в основном на каменноугольные отвалы и носит несколько механический характер. Тем не менее, Е. Папшицкий впервые попытался внести логический порядок в эти многочисленные антропогенные образования.

Таблица 9 - Классификация промышленных отвалов Е. Папшицкого

Классификационный признак

Пример

Форма

Плоские, столовые, хребтовидные, конусовидные и куполообразные

Температурная

активность

Неактивные, используемые неактивные отвалы, горящие, активные (действующие)

Механический состав

Отвалы из гравия, цементированные (например, перегоревшие), отвалы из щебенки, мелочь, пылевидные

Наличие покрытия

С редкой растительностью, голые, заросшие деревьями, заросшие густой растительностью

Происхождение

Из осадков при очистке стоков; угольные, из угольной пыли, угольного шлака; цинковые; цинковые полуобогащенные; железорудные; из отходов химических заводов; известняковые; из железистого шлака (доменных и мартеновских печей); из цинкового шлака; смешанные отвалы из различных промышленных отходов (состав их зависит от вида продукции данного предприятия)

Классификация выемок Е. Папшицкого:

  • а) терриконы - места открытой добычи серебра, свинца и цинка в виде выемок и насыпей (пустые породы);
  • б) каменные карьеры: известняковые, песчаные;
  • в) глиняные карьеры;
  • г) старые и активные, в зависимости от температурной активности;
  • д) с точки зрения покрытия: заросшие густой растительностью, голые, заросшие деревьями, озелененные;
  • е) провалы в местах оседания местности над шахтными выработками: сухие, подмокшие;
  • ж) территория после открытой добычи угля, железных руд;
  • з) территория оставленных шурфов - в виде углублений и воронок с остатками пустых пород и пыли, заброшенных шахт;
  • и) песчаные карьеры: залитые водой, подмокшие, сухие |2].

Польские ученые С. Адамович, Л. Боярский, И. Грешта и др. на Первом Международном симпозиуме по рекультивации в Лейпциге (ГДР, 1962) предложили новую генетическую классификацию, основанную на главном и единственном признаке - происхождении отвалов:

  • 1 Отвалы каменные или земельные из отходов подземной выработки: каменного угля, свинцово-цинковых руд, железных руд, прочих полезных ископаемых.
  • 2 Отвалы из промышленных отходов: черной металлургии, заводских и постфлотационных (цинковых и прочих цветных металлов), химического производства, шлаковые и зольные, прочие отходы и комплексные отвалы различного происхождения.
  • 3 Земельные, наружные и внутренние отвалы, возникшие при открытой добыче: бурого и каменного углей, серы и прочих ископаемых.
  • 4 Глиняные или каменные выработки, возникшие после открытой добычи: извести, песка, каменного и бурого углей, гравия, глины прочих месторожден и й.
  • 5 Горнопромышленные отвалы.
  • 6 Комплексно-поврежденные территории (отвалы, различные выработки, территории бывших шахт, провалы и т. п.).
  • 7 Местности, расположенные в полосе максимально катастрофического загрязнения промышленными выделениями.

В рассмотренных классификациях отсутствуют весьма важные признаки, без знания которых трудно осуществить рекультивацию отвалов: возраст, физическое строение (механический состав), химический состав отвалов и возможность их использования.

Польскими учеными не была принята во внимание классификация каменноугольных отвалов Англии, составленная И. Холлом, в которой приводится ряд интересных положений. Холл отмечает изменение pH отвалов и характер естественного зарастания в связи с возрастом отвалов. Благодаря такой постановке вопроса, ему удалось убедительно показать характер изменений отвалов и процессов зарастания их в связи с возрастом, т. е. их эволюцию.

Кроме классификации отвалов В. Тарчевского, в 1965 г. Г.Н. Леонтьевым опубликована классификация отвалов Дальнего Востока. Она основана на материалах, характерных для местной промышленности, и потому се можно назвать региональной.

Как видно из сказанного, отвалы могут быть весьма разнородными и трудно привести простой перечень их, так как для этого пришлось бы назвать все месторождения полезных ископаемых, все типы заводов перерабатывающей промышленности, все обогатительные фабрики, а также предприятия, дающие те или иные отходы, и кроме того, принять во внимание различные типы строительного и заводского мусора.

В природно-генетической классификации почв Польши, разработанной польским обществом почвоведов, отвалы определены как почвы, уничтоженные горнопромышленной и промышленной эксплуатацией, а также строительством, и отнесены к типу почв «начальной стадии развития».

Несмотря на то, что отвалы разнообразны по форме, по физическим и химическим особенностям, зависят от специфики и уровня производства, можно установить некоторые общие черты и закономерности, позволяющие расчленить отвалы на определенные группы.

В.В. Тарчсвский предлагает следующую классификацию промышленных отвалов:

  • 1 По происхождению:
    • а) отвалы добывающей промышленности (при добыче каменного угля, железа, цветных металлов и разработке нерудных месторождений): внешние и внутренние отвалы открытых разработок; породные отвалы при подземной разработке (терриконы); отвалы из перемещенных грунтов (при дражном способе добычи золота);
    • б) отвалы перерабатывающей промышленности: насыпные (шлаки, отходы заводского происхождения); наливные (шламовые поля, золоотвалы и др.); кладбища (захоронения в контейнерах и др.);
    • в) прочие отвалы из: остатков основного сырья; строительных остатков; заводского мусора.
  • 2 По возрасту:
    • а) до 5 лет - свежие;
    • б) до 15 лет - молодые;
    • в) до 40 - 50 лет - средневозрастные;
    • г) старше 40 - 50 лет - старые.
  • 3 По форме:
    • а) поля нарушений с разнообразным мезо- и микрорельефом;
    • б) длинновытянутые гребни, гривы;
    • в) одиночные конусы, бугры;
    • г) чашевидные (хвостохранилища, шламовые и шлаконаливные поля);
    • д) неопределенные.
  • 4 По высоте: до 5 м - низкие; до 25 м - средние; до 50 м - высокие; более 50 м - очень высокие.
  • 5 По механическому составу поверхностного субстрата: пылевидные -частицы < 0,01 мм; крупнопылевидные и пески - частицы до 0,1 мм; гравийные - частицы до 1 см; щебенчатые - до 5 см); крупномерные - камни и глыбы свыше 5 см.
  • 6 По кислотности (pH): кислые, нейтральные, щелочные.
  • 7 По утилизации: идущие на вторичную переработку; употребляемые в строительстве; пригодные в качестве удобрений; применяемые для дорожного покрытия; неиспользуемые.

Также различаются две крупные категории семейства промышленных отвалов, принципиально отличные по происхождению, составу и свойствам слагающих их субстратов.

I Отвалы, сложенные минеральными грунтами (субстратами).

Лишены органического вещества, а, следовательно, и азота или крайне бедны ими. Органическая жизнь на отвалах этого семейства возникает в основном от диаспор организмов, заносимых извне с соседних местообитаний. Факторы, лимитирующие показатели биологической продуктивности таких отвалов, - недостаток органики (а также азота) в усвояемой растениями форме и иногда также других основных элементов питания (фосфор, калий). Для грунтов отвалов, сложенных углистыми сланцами, аргиллитами и подобными им осадочными породами, агрохимические анализы нередко показывают значительное содержание органического вещества и общего азота, обусловленное включениями в породу ископаемых остатков органической жизни прошлых геологических эпох. Такое органическое вещество повышает потенциальное плодородие грунтов отвала, но мобилизуется современной растительностью не сразу, постепенно, медленно.

II Отвалы, сложенные субстратами, насыщенными органическим веществом, или даже нацело образованные последним (торф, опилки и т. п.).

Азота в субстратах много или избыточно. На таких отвалах органическая жизнь вообще может возникнуть автохтонно, при участии организмов и их диаспор, поступивших на отвал непосредственно с субстратом. Лимитирующие факторы - избыток органики (иногда и азота), нередко на фоне недостатка минеральных солей.

Отвалы семейства I образуются в результате производственной деятельности горнодобывающей (уголь, сланцы, алмазы, железо, бокситы, руды цветных и редких металлов и т. д.) и рудоперерабатывающей (черная и цветная металлургия) промышленности, промышленности строительных материалов (камень, щебень, песок, глина, цемент, асбест, тальк, известняки, мрамор, облицовочный камень и т. п.), теплоэнергетики (зола); семейства II -в результате производств, добывающих и перерабатывающих органическое сырье (торф, деревообработка, целлюлозно-бумажная и лесохимическая, легкая и пищевая промышленность). К ним можно причислить также отвалы, образованные твердыми отходами коммунального хозяйства и городским строительным мусором.

Промышленные отвалы I семейства по происхождению, морфометрии, особенностям субстратов являются специфическими техногенными образованиями, не имеют прямых аналогов среди природных форм поверхности Земли.

Отвалы разделены на два класса. За дифференцирующий признак взята степень изменения горной породы до складирования сс в отвал.

Класс 1 образуют породные отвалы, которые образованы грунтами, не подвергавшимися дополнительной переработке. Это горные породы, извлеченные на поверхность, перемешенные и отложенные в отвал. Такие отвалы образуются предприятиями, преимущественно занятыми добычей полезных ископаемых.

На предприятиях перерабатывающей промышленности породы подвергаются измельчению, сепарации, химической или термической обработке и в виде зол, шламов, «хвостов» перемещаются в отвалы. Для транспортировки их часто используется вода (гидравлический способ). Такие отвалы образуют класс II - золоотвалы тепловых электростанций, шламо- и шлакоприсмники. хвостохранилища, гидроотвалы углсооогатитсльных фабрик и др. Эти отвалы сложены в большинстве случаев достаточно однородными по физическому составу измельченными субстратами, характеризуются ровной поверхностью с легкими волнистыми повышениями и понижениями нано- и микрорельефа.

В отличие от них, породные отвалы обычно имеют резко выраженный микро- и мезорельеф, ярусное строение, неоднородный агрегатный состав поверхности грунтов.

Группы отвалов в обоих классах выделяются по агрохимическим характеристикам их грунтов-субстратов:

  • а) потенциально плодородные отвалы, характеризующиеся нормальным содержанием основных элементов питания и нормальной кислотностью;
  • б) бедные, с недостаточным содержанием минеральных солей, но с нормальной кислотностью;
  • в) токсичные отвалы, для которых характерны избыточное содержание тех или иных элементов и солей, чрезмерная кислотность или щелочность.

Дальнейшее подразделение в каждой группе идет на типы отвалов с использованием водно-физических характеристик грунтов-субстратов.

Выделяются следующие их типы:

  • 1) вполне пригодные для биологической рекультивации и самозарастапия;
  • 2) пригодные;
  • 3) пригодные после улучшения;
  • 4) непригодные, нуждающиеся в сложных мелиоративных мероприятиях [2].

Сухие карьерные выемки чаще используют для сельско- и лесохозяйственного направления рекультивации нарушенных территорий.

Часто при выемке грунта, осуществляемой стихийно, разработку ведут до той глубины, достичь которую в том или ином случае позволяют рабочие параметры землеройной техники в зависимости от мощности пласта добываемого материала и колеблющегося уровня грунтовых вод. После выемки горных пород в таких карьерах грунтовые воды находятся на глубине не более I м от подошвы выработанного пространства или несколько выше ее, в результате чего остается заболоченная или частично обводненная, практически неподдающаяся рекультивации территория. В таких случаях перед проведением работ по рекультивации возникает потребность в проведении осушительных мероприятий или их засыпают безвредными, нефитотоксичными вскрышными горными породами до достижения параметров необводненных карьеров. После чего рекультивацию ведут в установленном порядке как для необводненных карьеров.

Интерес таких территорий и в том, что они имеют природоохранное значение и используются животными, например, земноводными, в качестве места обитания.

Как показывает опыт, если определенные операции рекультивации начинать выполнять с самого начала разработки карьера, то рекультивация земель идет более успешно.

Технический этап рекультивации рассматривается как неотъемлемая часть горной технологии, и учет требований биологической рекультивации на этом этапе обеспечивает создание наиболее благоприятных экологических условий для последующего освоения нарушенных земель, особенно при ведении открытых горных работ.

Выбор схем вскрытия месторождений, систем разработки, размещения внешних отвалов, их параметров и технологии отсыпки должен производиться в тесной увязке с ландшафтной организацией территории, установлением очередности рекультивации отдельных объектов и последующих направлений использования рекультивируемых земель на основе эколого-экономического сравнения вариантов. Если позволяют горно-гсологичсскис условия, следует отдавать предпочтение системам разработки с размещением вскрыши в выраоотанном пространстве проектируемых или отработанных карьеров [1,9].

Технологические схемы производства открытых горных работ должны обеспечивать:

оптимальное изъятие и минимальные сроки использования земель в технологическом процессе;

формирование как внешних, так и внутренних отвалов с учетом выбранного (рекомендованного) направления рекультивации земель и ускоренного возврата рекультивированных площадей для использования в народном хозяйстве;

  • - опережающее снятие плодородного слоя почвы и его транспортировку для нанесения на рекультивируемые поверхности или складирование и хранение в целях землевания малопродуктивных угодий. При этом величина опережающего снятия плодородного слоя почвы по отношению к верхнему уступу или нижнему ярусу внешнего отвала должна не превышать величину годового подвигания фронта горных работ и обеспечивать сохранность снятой плодородной почвенной массы от потерь и разубоживания;
  • - селективную выемку потенциально плодородных пород и их размещение на поверхности отвалов в объеме, достаточном для создания рекультивационного слоя после выравнивания поверхности отвалов;
  • - минимальные потери и разубоживание плодородной почвенной массы и пригодных пород при их разработке, транспортировке и укладке в отвалы;
  • - укладку в отвалы максимально возможного объема вскрышных пород наиболее производительным валовым способом в случае отсутствия во вскрышной толще токсичных пород и подготовки нарушенных площадей под лесонасаждения или озеленение;
  • - формирование оптимальных по форме и структуре, нсгорящих и устойчивых отвалов;

- осушение отвалов, ооразованных средствами гидромеханизации.

С целью сокращения горно-планировочных работ и соответственно затрат на рекультивацию принимаемая схема отвалообразования должна обеспечивать создание проектного рельефа поверхности (или близкого к нему) уже в процессе отсыпки отвала [1,9].

Отвалы горных пород и отходов обогащения размещают, как правило, на землях, нс пригодных для сельскохозяйственного использования или нс занятых лесами первой группы, за пределами площадки предприятия и селитебной территории. Для этих целей наиболее подходят отработанные карьеры, шахтные провалы, овраги, балки и другие неудобные земли.

При выборе места размещения отвалов в проекте учитываются также роза ветров, течения рек и водостоков, расположение населенных пунктов и предприятий, необходимость соблюдения установленных размеров санитарно-защитных зон.

В целях уменьшения вредного влияния на окружающую среду дефляции пород в период формирования отвала необходимо по границам участка, отведенного под отвалы, заблаговременно создавать ветрозащитную полосу из быстрорастущих древесных культур.

Высоту отвалов и углы откосов устанавливают в каждом конкретном случае с учетом устойчивости слагающих пород и последующего использования рекультивируемой поверхности отвалов.

Рельеф и форма рекультивируемых участков должны обеспечивать их эффективное хозяйственное использование. Предпочтение отдается крупноплощадным отвалам с основанием правильной формы, приближающейся к квадрату, прямоугольнику или кругу.

Наиболее благоприятные условия для развития растений складываются на сравнительно невысоких (до 5 м) гребневидных отвалах или на отвалах с платообразной поверхностью не менее 10 га.

При необходимости формирования высоких многоярусных отвалов в районах с недостатком тепла их следует размещать так, чтобы преобладали южные и юго-западные экспозиции откосов, а в южных засушливых районах отвалы целесообразно ориентировать длинной стороной на север или северо-восток. В процессе формирования отвалов следует между ярусами оставлять транспортные бермы-террасы шириной не менее 5 м.

Откосы окончательно сформированных отвалов и карьерных выемок, сложенных мягкими горными породами, должны быть устойчивы к оползневым явлениям и осыпям, защищены от ветровой и водной эрозии путем их облесения или залуження. Мероприятия по борьбе с эрозией откосов проводятся на основе зональных требований к противоэрозионной организации территории. Не допускается неорганизованный сброс ливневых, паводковых и технических вод по откосам. Для организации концентрированного стока воды с поверхности отвалов устраиваются разной конструкции водосливы (каменные, бетонные, залуженные) и другие гидротехнические сооружения.

При размещении породных отвалов в балках и оврагах, а также при перекрытии ими естественных водотоков предусматривают строительство обводных каналов или канав, а также специальных устройств для пропуска дождевых и паводковых вод (фильтрующие насыпи, дренажные канавы с фильтрами из фашин, камня и т.п.) или переносят русла водостоков в другое место. По периметру отвала и у подножья откосов выемок предусматривают устройство канав для перехвата поступающего сверху стока. Отвалы, расположенные на косогорах, необходимо защищать от стока поверхностных вод путем устройства обвалований, нагорных канав, водоотводов и других простейших гидротехнических сооружений.

Дренируемые из отвалов воды, содержащие токсичные вещества, должны собираться и подвергаться очистке с целью предотвращения загрязнения природной среды.

Формирование отвалов из пород, подверженных горению, должно производиться по технологическим схемам, исключающим их

самовозгорание. При этом на поверхности отвалов создается рекультивационный слой из пород, пригодных для биологической рекультивации.

Водоотводящис и осушительные сети, оросительные системы на рекультивируемых землях, гидротехнические сооружения, подъездные пути к объектам рекультивации должны выполняться в соответствии с действующими техническими условиями и нормами проектирования для конкретных условий. Сети сооружений и устройств нс должны препятствовать работе сельско- и лесохозяйственных машин и механизмов.

При консервации или ликвидации горно-добывающих предприятий должны проводиться мероприятия по охране поверхности и защите окружающей среды в соответствии с установленными природоохранными нормами и правилами [1.9].

Рекультивированные земли и прилегающая к ним территория после завершения всего комплекса работ должны представлять собой оптимально организованный, экологически сбалансированный и устойчивый ландшафт, т.е. земельный участок, характеризующийся оптимальным для данной зоны соотношением земельных угодий, обеспечивающих наиболее благоприятные условия для развития долголетних и продуктивных экосистем.

Если при комплексном освоении месторождений невозможно непосредственное использование попутных полезных ископаемых, то их следует складировать в отдельных отвалах с учетом последующей переработки, рекультивируя эти отвалы в природоохранных целях и не претендуя на народно-хозяйственное использование таких территорий.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >