Подземный способ добычи полезных ископаемых рекультивация

Обзор методов рекультивации нарушенных земель

Развитие человечества сопровождается ростом площадей нарушенных земель и сокращением количества естественных экосистем, снижением их восстановительной способности, устойчивости к воздействию антропогенных факторов [2].

Значительный ущерб природным ландшафтам наносят размещение на поверхности отходов горного производства.

Технологические процессы горнодобывающей и горноперерабатывающей промышленности неразрывно связаны с потреблением природных ресурсов и формированием разнообразных отходов [3], накапливающихся в окружающей природной среде.

Отходами горного производства являются неиспользуемые продукты добычи и переработки минерального сырья, выделяемые из массы добытого полезного ископаемого в процессе разработки месторождения, при обогащении и химико-металлургической переработки сырья [7].

Классификация отходов горного производства проводится по фазовому составу и производственным циклам, на которых они формируются (таблица 1). На формирование отходов влияет производственный процесс, характер сырья, содержание извлекаемых компонентов в исходном продукте и др. [8].

Классификация отходов добычи и обогащения

Фазовая характеристика отходов	Технология добычи			Обогащение
	бурение	открытая	подземная
Твердые	Шлам	Вскрышные породы	Шахтная порода	Хвосты
Жидкие (растворы и суспензии)	Промывочные жидкости	—	Шахтные воды	Промывочная вода, шламы, жидкая фаза пульпы
Газообразные	—	Пыль	Вентиляционный воздух	Отсосы

Несмотря на высокую экологическую опасность, до настоящего времени доминирующим методом утилизации отходов обогащения остается наземное размещение с использованием площадок складирования в виде хвостохранилищ, отвалов и шламонакопители, которые занимают значительные по площади земли, лишенные естественного растительного покрова [2].

Участки земли, взятые под складирование отходов горных производств должны быть использованы разрешенными способами в соответствии с целевым назначением данной категории земель, что не должно причинять вред природным объектам, в том числе приводить к деградации, загрязнению, захламлению земель, отравлению, порче, уничтожению плодородного слоя почвы и иным негативным (вредным) воздействиям, возникающим в процессе горнопромышленного производства.

Обзор методов рекультивации земель, нарушенных горными работами и складированием отходов производств

Неотъемлемой частью мер по защите литосферы являются работы по рекультивации земель взятых под складирование отходов горного производства.

Рекультивация рассматривается как комплексная проблема восстановления продуктивности и реконструкции нарушенных промышленностью ландшафтов в целом. Таким образом рекультивация должна определяться как комплекс работ, направленных на восстановление продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды [11].

Традиционный процесс рекультивации делят на следующие этапы, осуществляемые либо преимущественно техническими приемами (горнотехническая рекультивация), либо биологическими методами (биологическая рекультивация) [11]. Технический этап включает в себя планировку, формирование откосов, снятие, транспортирование и нанесение почв на рекультивируемые земли. На биологическом этапе проводят комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на улучшение агрофизических, агрохимических, биохимических и других свойств почвы [11].

Нарушенные территории в результате хозяйственной деятельности разделяют на две группы:

1. Земли, поврежденные насыпным грунтом, отвалы, гидроотвалы, терриконы, кавальеры и свалки;
2. Территории, поврежденные выемкой грунта, карьеры открытых горных разработок, добычи местных строительных материалов и торфа, провалы и прогибы на месте подземных горных работ, резервы и траншеи при строительстве линейных сооружений.

В зависимости от воздействия промышленных объектов и возникших нарушений природного ландшафта, в рамках указанных этапов определяют технологию рекультивации:

Рекультивация и обустройство карьеров нерудных материалов при сухой и обводненной выемке грунта представленных месторождениями фосфоритов, апатитов, калийных и каменных солей, известняками, мергелями, глинами, песчаниками, серой и так же графитом, асбестом, слюдой, мрамором, кварцем, плавиковым шпатом и др.

В результате добычи полезных ископаемых и минерального сырья земли нарушаются карьерными выработками, достигающими глубины более 100 м. В зависимости от положения дна карьера относительно залегания подземных вод он бывает обводненным или сухим [15].

Рекультивация сухих карьеров проводится в 3 этапа:

1. Планировочные работы направленные на сформирование поверхности;
2. Транспортирование со склада и нанесение почвенно – растительного слоя;
3. Мелиорация и посев трав на подготовленной территории.

Рекультивация обводненного карьера проводится в 2 этапа:

1. Планировочные работы направленные на сформирование поверхности;
2. Заполнение карьера водой.

Обводненные карьерные выемки после прекращения их эксплуатации используют под водоемы многоцелевого назначения, сухие под площадки для строительства, пашни, пастбища, лесонасаждения и т. д. [15].

Перед массовой выработкой грунта снимают плодородный слой почвы с целью дальнейшего использования его на малопродуктивных угодьях и рекультивируемых землях. Нормы снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ определяются требованиями, изложенными в ГOCT 17.5.3.06-85.

Рекультивация территории карьеров добычи камня

По классификации пригодности скальные грунты и конгломераты считают непригодными для биологической рекультивации по физическим свойствам. В процессе добычи камня образуются насыпи из вскрышного слоя грунта, непригодного для производственных целей. Этот грунт можно разделить на плодородный слой почвы и материнскую породу или выветренные скальные породы, снимаемые при выполнении вскрышных работ [15].

Подошва выработанного пространства в карьерах скального грунта, а также уплотненные в результате движения транспортных средств производственные и складские площадки непригодны для непосредственного обустройства ландшафта без предварительного проведения работ по их рекультивации [15].

В соответствии с этими условиями выполнение рекультивации карьеров скальных пород проводится в следующем порядке:

1. Планировочные работы направленные на сформирование поверхности;
2. Отсыпка рыхлого вскрышного и почвенного грунта толщиной не менее 1 метра;
3. Посев семян на образовавшемся грунте;
4. Рекультивация выработанных площадей торфяных месторождений.

Возможность использования выработанных торфяников после рекультивации зависит от способа добычи торфа, водного режима, возраста выработки, степени задернения и т. д. Торф добывают фрезерным, гидравлическим, машиноформованным и резным способами [15].

Техническую рекультивацию выработанных месторождений торфа, как правило, выполняют в три этапа:

1. Создание осушительно — увлажнительной системы, обеспечивающей быстрый отвод воды с площадей во влажные периоды и увлажнение корнеобитаемого слоя почвы в засушливые периоды, а также обеспечение увлажнения корнеобитаемого слоя почвы путем шлюзования в вегетационный период [15];
2. Проведение культурно – технических и планировочных работ. Параллельно работам рекультивации в полях строят дороги, а при рекультивации карьеров торфа строят дороги только после выполнения планировочных работ [15];
3. Выполнение культуро — технических работ. Их основная задача — расчистка площадей от древесно — кустарниковой растительности. Расчистка, как правило, заключается в корчевании, срезке, фрезеровании и запашке.

Биологическая рекультивация выработанных месторождений торфа выполняют после проведения технической рекультивации. Она включает в себя:

1. Первичную обработку почвы;
2. Выбор предварительных культур для посева;
3. Внесение химических мелиорантов и удобрений.

Рекультивация и обустройство отвалов и насыпей

Отвалами называют земляные насыпи, не имеющие делового назначения и образуемые в результате отсыпки грунта, разрабатываемого в любой выемке.

Последовательность мероприятий к выполнению горнотехнического и биологического этапа рекультивации:

1. Снятие почвенно – растительного слоя на площадке бедующего отвала, транспорт и складирование в удобных местах для последующего использования;
2. Формирование откосов отвала;
3. Планировочные работы на сформированных поверхностях;
4. Транспортирование со склада и нанесение почвенно – растительного слоя на сформированные и спланированные поверхности;
5. Строительство дорог целевого назначения, мелиорация;
6. Устройства специальных гидротехнических сооружений при необходимости;
7. Посев семян.

Рекультивация гидроотвалов

Предприятия лесной, бумажной, горнодобывающей и химической промышленности и энергетики в результате своей деятельности образуют достаточно большие объемы отходов, называемые шламами (зола, шлак, отходы газоочистки, хвосты горно-обогатительных фабрик, содовые, соляные и другие отходы химических предприятий). Эти отходы удаляют в большинстве случаев с водой в виде пульпы в специальные отстойники, называемые шламонакопителями и хвостохранилищами. Отвалы, образуемые намывным способом, называют гидроотвалами [15].

Последовательность мероприятий к рекультивации гидроотвалов:

1. Перед укладкой складируемого материала в гидроотвалы, намываемые по определенному профилю, снимают плодородный слой почвы и слой потенциально плодородного грунта с поверхности участка, отводимого под отвал [15];
2. Проектируют устройство сооружений для отвода поверхностных вод, поступающих с поверхности водосбора в процессе производства работ по формированию гидроотвала.

После завершения работ по намыву гидроотвала рекультивируют внешние откосы дамб
обвалования, для этого:

1. На внешние откосы дамб обвалования и промежуточные бермы отсыпают плодородный слой почвы толщиной около 0,1 – 0,15 м. С целью предотвращения водной эрозии — сформированных валиков откосов промежуточным бермам придают не значительный поперечный уклон в сторону подножья откосов [15].
2. На откосах сеют дернообразующие травы, а по краям берм высаживают дpeвесно-кустарниковую растительность на расстоянии 5…6 м друг от друга.
3. Приступают к рекультивации пляжной части.

Рекультивацию пляжной части и прудка отстойника осуществляют с учетом последующего комплексного использования намывной территории: сельскохозяйственного, природоохранного и водохозяйственного назначения [15].

Прудок отстойник преобразуют в водоем. Для этого водосбросной колодец дооборудуют в шахтный водосброс. Пополняют водоем свежей водой за счет поступления поверхностных вод, собираемых с водосборной площади гидроотвала.

Материалы, намываемые в золоотвалы, шламонакопители и хвостохранилища, как правило, токсичны. Поэтому рекультивация таких отвалов прежде всего необходима с санитарногигиенической точки зрения. Водная и ветровая эрозия этих отложений приводит к загрязнению окружающей среды. После заполнения хвостохранилища до проектного объема намытый материал обезвоживают, опорожняя прудок отстойник от воды, разравнивания дамбы обвалования. Гребню хвостохранилища придают незначительный уклон от середины к краям для обеспечения плавного отвода поверхностных вод [15].

Такие отвалы самозарастают крайне медленно, что связано с ограниченностью азота неустойчивостью водного режима, поэтому осуществляют рекультивацию по следующей технологией в зависимости от вида нарушения [15]:

1. На поверхность золоотвала тепловых электростанций наносят плодородный слой почвы мощностью 0,1…0,5 м с внесением больших доз удобрений для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур;
2. Шламонакопители металлургических заводов и хвостохранилища обогатительных фабрик из-за содержания токсичных соединений вначале экранируют слоем потенциально плодородного грунта мощностью 1…1,5 м, а затем сверху экрана наносят плодородный слой почвы толщиной 0,4…0,5 м.

Внешние откосы дамб обвалования рекультивируют по общепринятой схеме залужения откосов и посадки древесно-кустарниковой растительности.

Рекультивация нарушенных земель свалками и полигонами

Серьезный экологический ущерб окружающей среде наносят так называемые свалки и полигоны образовавшиеся из-за деятельности человека искусственные геологические образования. В зависимости от направления последующего использования территорий, занятых полигонами и свалками, принимают те или иные технические решения по их рекультивации [15]:

1. Перед началом работ проводят инженерно — геологические изыскания, на основании которых составляют сетку профилей грунта свалки и подстилающих их слоев грунта основания, по ним определяют мощность слоя свалочного грунта, структуру подстилающих слоев, степень их загрязнённости и уровень грунтовых вод [15];
2. Свалочные грунты удаляют на полигоны обезвреживания и захоронения отходов;
3. Привоз минерального грунта. Завозимый грунт должен быть нормативно чистым по бактериологическим, химическим и радиометрическим показателями;
4. Прикатка плодородного слоя почвы и посев семян.

При рекультивации полигонов и свалок без удаления свалочного грунта предусматривают мероприятия и работы по дегазации, устройству защитного экрана по верху свалочных грунтов, а также ограждению рекультивируемой территории во избежание вторичного ее загрязнения [15].

Защитные экраны, устраиваемые по верху свалочного грунта являются основными элементами, обеспечивающими главную природоохранную функцию. Конструкция защитных экранов представляет собой комбинацию изоляционных и фильтрующих элементов, позволяющих собирать и отводить просачивающиеся поверхностные воды и атмосферные осадки [15].

Технология рекультивационных работ полигонов и свалок состоит в следующем:

1. Проводят разравнивание отдельных неровностей на поверхности свалки, после чего выполняют общую планировку всей поверхности с приданием ей незначительного уклона;
2. Отсыпка выравнивающим слоем — толщеной не менее 0,5 м, из очищенного строительного мусора, с диаметром фракций 4…32 мм. При наличии газообразования в толще свалочного грунта устраивают по верху выравнивающего слоя слой из газопроводящего материала, например, песка, толщиной равной 0,3 м;
3. Затем по верху газопроводящего слоя выполняют противофильтрационный экран, состоящий из двух слоев глины толщиной по 0,25 м каждый и слоя синтетической рулонной изоляции толщиной не менее 2,5 мм. Для устройства противофильтрационного экрана используют глину;
4. Сверху синтетической изоляции укладывают дренирующий слой в виде пластового дренажа толщиной не менее 0,3 м из минерального грунта;
5. Далее отсыпают слой потенциально плодородного грунта толщиной 0,7…0,85 м, по верху которого наносят плодородный слой почвы толщиной, 15…0,3 м.

С целью защиты грунтовых вод от загрязнения свалочным конденсатом и инфильтратом можно использовать способ силикатизации грунтов в основании свалки, основанный на нагнетании через инъекторы в основание свалки гелеобразующих материалов. В Качестве гелеобразующих материалов используют сернокислый алюминий, щавелевую кислоту и жидкое стекло. Образующийся при этом в основании свалки гелевый экран способствует укреплению нижних слоев свалочного грунта и верха горных пород основания и уменьшает его водопроницаемость, а также выступает в роли геохимического барьера на пути распространения загрязняющих веществ в подземные горизонты [15].

Рекультивация земель, нарушенных при подземных горных работах

При добыче полезных ископаемых земли нарушаются не только за счет создания на них породных отвалов, шламохранилищ и хвостохранилищ, но и образования вследствие подземной разработки месторождения отрицательных форм рельефа земной поверхности в виде провалов, прогибов, воронок, углублений рельефа и т. д.

При разработке пластовых залежей малой и средней мощности горизонтального и волнистого залегания пологого падения с обрушением кровли образуются западинные прогибы глубиной до 1,5 м. Восстановление отрицательных форм рельефа заключается в засыпке образовавшихся понижений с проведением комплекса планировочных работ. Для засыпки понижений могут быть использованы рыхлые отложения, коренные породы, добытые в специальных карьерах или полученные при вскрышных работах, а также выдаваемая из шахт порода [15].

Технологию засыпки понижений земной поверхности и оформление рельефа выполняют для каждого конкретного случая отдельно в зависимости от используемого материала.
При заполнении образовавшихся вследствие подземной разработки отрицательных форм рельефа земной поверхности горными породами следует также учитывать их химические свойства. Породы, обладающие токсичными свойствами, укладывают в нижнюю часть провалов с последующим перекрытием их потенциально плодородными породами мощностью не менее 2…2,5 м. При глубине провалов менее 2 м засыпка их непригодными для биологической рекультивации по химическому составу (токсичными) породами допускается только с проведением работ по коренной химической мелиорации засыпаемых пород и обязательным их перекрытием потенциально плодородными породами мощностью не менее 0,5 [15].

При использовании заполнения провала непригодных для биологической рекультивации пород после завершения планировочных работ уложенную горную массу перекрывают вначале слоем потенциально плодородных пород, а затем плодородным слоем почвы.
Рекультивация нарушенных земель, обводненных или заболоченных в результате оседания земной поверхности, включает работы по предварительному их осушению. Для этого:

1. Вначале строят осушительную систему открытого или закрытого дренажа с целью отвода избыточных вод с рекультивируемой территории;
2. Далее с поверхности осушенной территории снимают вначале плодородный слой почвы и перемещают его во временный отвал, а затем слой потенциально плодородной почвы и также перемещают его во временный отвал;
3. После этого проводят капитальную планировку нарушенной территории с послойной засыпкой отрицательных форм рельефа шахтной породой, доставляемой из породных отвалов;
4. По верху спланированной поверхности шахтной породой отсыпают слой потенциально плодородного грунта, а затем наносят слой плодородной почвы с равномерным распределением ее по всей площади.

Общие требования к рекультивации земель, нарушенных при строительстве и эксплуатации линейных сооружений

Магистральные трубопроводы и отводы от них, железные и автомобильные дороги, каналы относят к так называемым линейным сооружениям.
Строительство и эксплуатация линейных сооружений оказывают значительное воздействие на состояние окружающей среды повреждая или разрушая естественные элементы ландшафта [15].

При строительстве и эксплуатации линейных сооружений рекультивация проводится по следующим этапам:

1. Проводя засыпку линейных сооружений;
2. Общей планировка полосы отвода;
3. Уборке строительного мусора;
4. Задернения поверхности посевом трав.

Восстановление древесной и кустарниковой растительности в полосе отвода под строительство трубопровода не допускается из-за затруднений, возникающих в процессе его эксплуатации.

Направления использования нарушенных земель после рекультивационных работ
В соответствии с ГОСТ 17.5.1.0285 нарушенные земли различают по направлениям рекультивации в зависимости от вида последующего использования.

Рекультивированные территории можно использовать в следующих направлениях [14]:

• Сельскохозяйственное – земли могут использовать под пашни, сенокосы, пастбища и многолетние насаждения;
• Лесохозяйственное — под лесонасаждения общего хозяйственного и полезащитного назначения, лесопитомники;
• Водохозяйственное — устраивают водоемы для хозяйственно бытовых и промышленных нужд, орошения и рыбоводства;
• Рекреационное — для создания зон отдыха и спорта, под парки и лесопарки, водоемы для оздоровительных целей, охотничьи угодья, туристские базы и спортивные сооружения;
• Природоохранное и санитарно-гигиеническое — под создание участков противоэрозионного лесонасаждения, задернованных или обводненных, закрепленных или закон сервированных с применением технических средств, участка для самозарастания специально не благоустраиваемых с целью последующего использования в хозяйственных или рекреационных целях;
• Строительное — для промышленного, гражданского и прочего строительства и другого назначения.

Заключение

Техногенные ландшафты оказывают негативное воздействие на окружающую среду, они, в свою очередь, являются объектами пристального изучения темпов восстановления почвенного покрова, скорости протекания элементарных почвенных процессов.

В настоящее время проводятся работы, связанные с уменьшением вредного воздействия на окружающую среду хвостохранилищ, отвалов, карьеров, полигонов и шламонакопители, которые занимают огромные площади, загрязняют токсичными соединениями почву, водный и воздушный бассейны.

На основе анализа существующих способов рекультивации, можно сделать вывод, что существующая проблема восстановления нарушенных земель может быть решена лишь частично. Это связано с тем, что большинство применяемых способов рекультивации часто не учитывают специфику территорий и не обеспечивают заданного сокращения негативного влияния техногенно-нарушенных территорий на природные экосистемы.

УДК: 502.65

Автор: Афанасиади К.И.
Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

Author: Afanasiadi Karina Ivanovna

Post-graduate student National Mineral Resources University of Mines Ecology Faculty

Аннотация: С каждым годом во всем мире все большую опасность для природной среды приобретает промышленная деятельность человека, проявляющаяся главным образом в местах добычи полезных ископаемых, строительных материалов и торфа, а также в местах их обогащения, переработки и дальнейшего складирования отходов.
Несмотря на высокую экологическую опасность, до настоящего времени доминирующим методом утилизации отходов обогащения остается наземное размещение с использованием площадок складирования в виде хвостохранилищ.
В работе проведен анализ существующих технических подходов к рекультивации земель, нарушенных горными работами. Приведена классификация отходов горного производства. Описаны этапы и направления рекультивационных работ в районах складирования отходов производства. Подробно расписаны методы рекультивации карьеров нерудных материалов, карьеров по добыче камня, торфяных месторождений, отвалов, свалок, полигонов и земель, нарушенных при подземных горных работах. Подробно рассмотрены способы рекультивации хвостохранилищ. Выбран наиболее оптимальный метод рекультивации хвостохранилищ.

Ключевые слова: рекультивация, горные работы, хвостохранилище.

Abstract: Every year around the world are a great danger to the environment becomes human industrial activity, which manifests itself mainly in the areas of mining fossil, construction materials and peat, as well as in their places enrichment, further processing and storage of waste.
Despite the high environmental hazard, thus far the dominant method of waste disposal remains enrichment ground occupancy with storage sites in the form of tailings.
The analysis of existing technological approaches to reclamation of land disturbed by mining operations. The classification of the waste processing industry. Stages and directions of remediation in the areas of storage of waste products. Painted in detail methods of reclaiming aggregates quarries, stone quarries, peat deposits, dumps, dumps, landfills and land disturbed by underground mining. More Ways reclamation of tailings.

Key words: reclamation, mining, tailing.

Список использованной литературы

Источник