Способы восстановления полезных ископаемых

Способ восстановления нарушенных земель при открытой разработке месторождений полезных ископаемых

Владельцы патента RU 2444628:

Изобретение относится к способам биологической рекультивации отвалов нарушенных земель при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Техническим результатом является восстановление биопродуктивности глинистых почв и повышение защиты рекультивируемых земель от ветровой эрозии. Способ включает раздельную выемку, перемещение и складирование в отдельные отвалы почвы, причем почвенные группы укладывают периодично до высоты отвала 2,5 м, при выполаживании бортов отвала 25-35°. Причем нижняя часть группы толщиной 15-20 см — малоплодородная вскрышная порода, средняя часть группы толщиной 10-12 см укладывается естественным рыхлителем с размером фракций не более 10 мм и верхняя часть группы заполняется органическим удобрением. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.

Изобретение относится к способам биологической рекультивации отвалов нарушенных земель при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, а также при строительстве инженерных сооружений и коммуникаций.

Известен способ рекультивации почвы загрязненной нефтью и/или нефтепродуктами (патент РФ №2240877, МПК B09C 1/00, МПК C05F 3/00, 2003 г.), включающий стадии перемешивания почвы, загрязненной нефтью и/или нефтепродуктами, с птичьим пометом, органическими отходами и древесными отходами, при следующем соотношении компонентов, мас.%: загрязненный грунт от 45 до 72%, птичий помет 15-40%, органические отходы 3-8% и древесные отходы 9-27%; компостирования в течение периода не менее 10 месяцев и буртования с последующим выдерживанием в течение периода не менее 10 месяцев. Недостатком данного способа является длительный процесс получения удобрения подходящего состава.

Известен способ освоения земель, нарушенных открытыми разработками месторождений (патент РФ №2289695, МПК E21C 41/32, 2006 г.), заключающийся в том, что после выработки карьерного поля производят закрытие каждого из карьеров армоконструкциями, выполненными в виде рукавов из геосинтетического материала и наполненными измельченными строительными отходами, при этом концы рукавов зашиты. Армоконструкции укладывают последовательно, вплотную друг к другу. Поверху армоконструкций отсыпают дренирующий слой, затем слой из вскрышных пород и, наконец, слой из потенциально плодородного грунта с последующим залужением его многолетними травами, кустарниками и деревьями. Недостатком данного метода является низкое плодородие полученного слоя и воздействие ветровой эрозии на данную конструкцию.

Известен способ рекультивации нарушенных земель (патент РФ №2374447, МПК E21C 41/32, 2008 г.), принятый за прототип, включающий в себя раздельную выемку, перемещение и складирование в отдельные ленточные отвалы почвенного слоя и вскрышных пород, выработку карьера, закладку выработанного пространства строительными отходами, близкими по своему составу к природным материалам, послойно, с уплотнением каждого слоя строительных отходов уплотняющими машинами и механизмами. При этом почвенный слой и вскрышные породы транспортируют во временные ленточные отвалы, расположенные у границ карьера на нерабочих бортах карьера. После отработки карьера, на его дно, начиная с его центра, укладывают строительные отходы. Затем на последний уплотненный слой строительных отходов сваливают вскрышные породы, сохраняя холмистую поверхность отвала. После полной закладки выработанного пространства карьерного поля срезают верхние части гребней отвалов вскрышных пород, а в понижениях между ними помещают почвенный слой, кроме того, поверхности срезанных гребней обрабатывают вяжущим материалом и проводят ручную посадку саженцев деревьев.

Недостатком данного способа является сложность исполнения и необходимость дополнительной обработки вяжущим материалом и проведение локальной биологической рекультивации.

Техническим результатом изобретения является снижение трудозатрат и пыления отвалов карьера, использование полученной смеси как на месте, так и возможность ее переноса на различные расстояния.

Технический результат достигается тем, что способ восстановления нарушенных земель при открытой разработке месторождений, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование в отдельные отвалы почвы, согласно изобретению, почвенные группы укладывают периодично до высоты отвала 2,5 м, при выполаживании бортов отвала 25-35°, причем нижняя часть группы толщиной 15-20 см — малоплодородная вскрышная порода, средняя часть группы толщиной 10-12 см укладывается естественным рыхлителем с размером фракций не более 10 мм и верхняя часть группы заполняется органическим удобрением, например, сапропелем влажностью не более 50% мощностью 5-7 см.

Также технический результат достигается тем, что в качестве естественного рыхлителя используются нетоксичные отходы металлургического производства фракционным составом не более 10 мм.

Также технический результат достигается тем, что в качестве органического удобрения используется торф.

Способ заключается в выполнении следующих мероприятий, представленных на Фиг.1 и Фиг.2:

1. В качестве малоплодородной глинистой почвы используется вскрыша карьера строительного карьера мощностью 15-20 см (1).

2. В качестве естественного рыхлителя используются нетоксичные отсевы карьера размером фракций не более 10 мм или нетоксичные отходы металлургического производства фракционным составом не более 10 мм и укладываются мощностью 10-12 см (2).

3. В качестве органического удобрения используется добытый с помощью земснаряда или другим методом сапропель (или торф) мощностью 5-7 см (3).

4. 1-3 пункты повторяются до достижения буртов высотой 2,5 м.

5. Под силами гравитации и естественного дождевания через 9 месяцев формируется биопродуктивная смесь (представлено на Фиг.2).

6. Полученная смесь используется для проведения биологического этапа рекультивации.

При естественном дождевании и действии сил гравитации происходит проникновение сапропеля (торфа) между фракциями отсева и заполнение пустот (Фиг.2), что изменяет механические свойства созданной почвы: увеличивает поглотительную способность пахотного слоя и уменьшает его водопроницаемость. Также сапропель имеет свойство склеивать мелкодисперсную минеральную составляющую почвы, что позволяет предохранять образовавшуюся почву от воздействия водной и ветровой эрозии.

Возможна добыча сапропеля со дна пресных водоемов или торфа с близлежащих болот с использованием земснаряда и транспортировка к месту рекультивации.

Например, в качестве глинистой неплодородной почвы использовались палыгорскитовые глины (карьер ОАО «Афанасьевский карьер» г.Воскресенск).

Например, в качестве естественного рыхлителя использовался отсев с гранитного карьера, обладающий следующим гранулометрическим составом (таблица №1):

Источник

Мелиорация рудников — Mine reclamation

Мелиорация мин — это процесс восстановления земель, которые были заминированы, до естественного или экономически пригодного для использования состояния. Хотя процесс рекультивации рудника происходит после завершения горных работ, планирование работ по рекультивации рудника происходит до того, как рудник будет разрешен или начат. При рекультивации рудников создаются полезные ландшафты, отвечающие различным целям — от восстановления продуктивных экосистем до создания промышленных и муниципальных ресурсов. В Соединенных Штатах рекультивация рудников — обычная часть современной горной практики. Современная рекультивация рудников снижает воздействие горных работ на окружающую среду .

СОДЕРЖАНИЕ

Рекультивационные процессы

В рамках жизненного цикла угольной шахты завершенные участки шахты должны пройти реабилитацию. Когда добыча заканчивается, операторы должны восстановить землю до ее приблизительного исходного контура (AOC) или оставить землю оцененной и подходящей для «более высокого и лучшего» землепользования после добычи (PMLU), которое было одобрено как часть исходного разрешения на добычу. заявление. Исключения составляют случаи, когда община или владелец поверхности нуждаются в ровной или пологой местности. Приемлемые виды землепользования после добычи включают улучшение коммерческих, жилых, рекреационных, сельскохозяйственных или общественных объектов .

Подход к лесовосстановлению

Лесовосстановление — основной способ восстановления участков после добычи полезных ископаемых. В некоторых ситуациях даже спонтанное развитие экосистем может привести к появлению разумного лесного покрова, но в большинстве случаев используются особые подходы к восстановлению. В течение последнего десятилетия государственные горнодобывающие агентства и Управление мелиорации и защиты поверхности (OSMRE) продвигали новый подход к лесовосстановлению — подход к лесовосстановлению , или FRA — как подходящий и желательный метод рекультивации угледобывающих земель. для поддержки использования лесных угодий в рамках SMCRA. Этот подход был разработан и поддерживается исследованиями, проводимыми в рамках проекта Powell River Project, совместной исследовательской и образовательной программы, посвященной темам, имеющим отношение к добыче угля и рекультивации в Аппалачах .

FRA устанавливает руководящие принципы для достижения успешного лесовосстановления на заминированных землях, и его можно резюмировать в следующих пяти этапах:

1. Создайте подходящую среду для укоренения для хорошего роста деревьев глубиной не менее четырех футов из верхнего слоя почвы , выветривания песчаника и / или лучшего доступного материала.
2. Произведите рыхлую сортировку верхнего слоя почвы или заменителя верхнего слоя почвы, полученного на первом этапе, чтобы создать неуплотненную питательную среду.
3. Используйте почвенные покрытия, совместимые с растущими деревьями.
4. Посадите два типа (или более) деревьев: ранние сукцессионные виды для сохранения дикой природы и стабильности почвы , а затем коммерчески ценные культурные деревья .
5. Используйте правильные методы посадки деревьев .

Целостный подход

Когда верхний сукцессионный вид для местной окружающей среды не является лесом из-за местных микроклиматических условий, рекультивация может быть лучше выполнена путем создания пастбищных угодий . Дэн Даггет и другие отстаивают целостное управление при рекультивации рудников в подобных ситуациях. Когда лучший доступный материал не является верхним слоем почвы, верхний слой почвы может быть создан на месте с использованием ранних последовательных видов местных выносливых многолетних трав и других растений в сочетании с домашним скотом, заменяющим виды диких животных, необходимые для завершения биосистемы. В частности, развитие почвы и почвенная биота играют важную роль в развитии после добычи полезных ископаемых. Несмотря на то, что восстановление почвы на землях после добычи полезных ископаемых сопряжено со многими проблемами, оно также открывает возможности. Например, следует отметить, что скорость накопления углерода в почве после добычи полезных ископаемых может быть очень высокой и может превышать скорость накопления углерода, которую можно получить, например, путем восстановления лесов на пахотных землях.

1. Отнесите лучший доступный материал к требуемой топографии, установив ключевые линии .
2. Сейте аборигенные виды ранних сукцессионных видов растений и трав.
3. Покройте участок рыхлым слоем мульчи из сена, чтобы обеспечить начальный «скачок» корма, необходимого для домашнего скота.
4. Используя ключевые линии в качестве руководства, создайте загоны и внедрите комплексные запланированные методы выпаса скота для оздоровления земли.
5. Если цель состоит в создании зоны дикой природы или природного парка, по мере того, как ключевые виды начинают возвращаться (процесс, называемый экологической сукцессией ) или вводятся в достаточно большом количестве, поголовье скота может быть сокращено или полностью уничтожено.

В качестве альтернативы может быть использован комплексный подход, который использует целостный подход для выполнения первых трех шагов подхода к мелиорации лесов. После того, как эти первые три шага будут выполнены и хорошо налажены, выпас домашнего скота можно сократить или исключить, чтобы позволить средним и высшим сукцессионным видам пустить корни и продолжить лесохозяйственный подход.

Соединенные Штаты

До 1977 года не существовало федеральных законов, регулирующих аспекты открытых горных работ в угледобывающей промышленности. Хотя во многих штатах, где ведется добыча полезных ископаемых, были приняты законы, регулирующие деятельность, законы варьировались от штата к штату, а их исполнение было непоследовательным. Даже когда после Второй мировой войны штаты начали вводить более жесткое регулирующее законодательство, им часто не хватало средств для управления и обеспечения соблюдения законодательства. Инструкции по рекультивации после добычи в целом были менее строгими, чем сегодня. Например, в 1965 году в Колорадо началась программа добровольной рекультивации земель, в которой операторы шахт должны были действовать самостоятельно для восстановления заминированных земель.

В соответствии с Законом о контроле за горными работами и мелиорации 1977 г.

Поверхностный Закон Рекультивация горно Контроль и 1977 (SMCRA) является основным федеральным законом , который регулирует экологические последствия добычи угля в Соединенных Штатах. Он установил правила выдачи разрешений для существующих и будущих угольных шахт, а также доверительный фонд для финансирования рекультивации заброшенных шахт . SMCRA уравновешивает необходимость защиты окружающей среды от воздействия открытой добычи угля с потребностями страны в угле как важном источнике энергии. Это гарантирует, что операции по добыче угля проводятся экологически ответственным образом и что земля надлежащим образом восстанавливается во время и после процесса добычи. Большинство угледобывающих штатов теперь несут основную ответственность за регулирование добычи угля на землях, находящихся под их юрисдикцией, а Управление по мелиорации и обеспечению соблюдения требований при открытых разработках (OSMRE) выполняет надзорную роль.

Согласно SMCRA, до получения разрешения на добычу, операторы должны представить подробный и всеобъемлющий план рекультивации земель после завершения добычи. План рекультивации должен включать, среди других критериев, состояние перед добычей и использование земли, которая будет добываться; предполагаемое использование земли после мелиорации; примерный график рекультивации; и шаги, которые будут предприняты для соблюдения соответствующих законов о качестве воздуха и воды . В дополнение к предоставлению плана рекультивации, операторы должны также внести гарантийный залог, чтобы гарантировать, что деньги будут доступны для завершения рекультивации, если оператор уйдет из бизнеса до завершения рекультивации или не сможет завершить рекультивацию по иным причинам. Сумма залога должна равняться сумме предлагаемого плана рекультивации. Облигация не передается оператору до тех пор, пока регулирующий орган штата или федеральный орган власти не придет к выводу, что восстановление прошло успешно, что может занять более 10 лет после завершения процесса возврата.

Программа заброшенных минных земель

Финансирование рекультивации заброшенных шахт осуществляется за счет налога на добычу угля. Операторы шахт должны платить налог в размере 0,12 доллара за тонну угля, добытого подземным способом, и 0,28 доллара за тонну, добытого на поверхности; Поступления от этого налога направляются в Фонд рекультивации заброшенных шахт (созданный SMCRA) для оплаты рекультивации заброшенных шахт. Часть фонда распределяется между штатами с утвержденными программами рекультивации для своих проектов, а оставшиеся деньги используются федеральным правительством через OSMRE для восстановления заброшенных шахт в штатах, где нет действующих программ. По состоянию на 15 декабря 2011 года OSMRE предоставило более 7,2 миллиарда долларов на рекультивацию более 295000 акров опасных высокоприоритетных заброшенных рудников и для других целей заброшенные шахтные земли были рекультивированы через фонд OSMRE с 1977 года.

Германия

В связи с прекращением добычи угля в Германии в 2018 году в Высшей технической школе Георга Агриколы (THGA) в Бохуме в 2015 году был создан Исследовательский институт пост-добычи (FZN) . Это самый первый институт такого рода в Бохуме. мир, который принимает целостный взгляд на последствия майнинга и объединяет необходимые ноу-хау, чтобы сформировать период после майнинга с технической, экономической и экологической точек зрения. Здесь основное внимание уделяется научному сопровождению так называемых вечных задач по добыче угля в районах Рура , Саара, а также в Иббенбюрене , где горнодобывающая промышленность, геология, геотехническая инженерия, гидрогеология, электрические и информационные технологии эксперты и геодезисты работают вместе по разным дисциплинам.

Научно-исследовательский институт пост-горных работ разрабатывает процессы мониторинга на устье карьера и под землей, а также разрабатывает научные принципы для концепции устойчивой карьерной воды. В этом отношении институт тесно сотрудничает с горнодобывающими и старыми компаниями, а также с органами власти, управления водными ресурсами и региональными властями, промышленными фирмами и университетами. У него также есть собственный проект по управлению знаниями, цель которого — сделать доступными в базе данных ноу-хау в области майнинга и пост-майнинга.

Каждые два года Научно-исследовательский институт пост-майнинга вместе с местным советом Арнсберга организует конференцию «NACHBergbauzeit in NRW» (эпоха POST-майнинга в NRW).

В рамках Научно-исследовательского института пост-горных работ THGA также в настоящее время предлагает единственный в мире курс магистратуры в области геотехнической инженерии и пост-горных работ , который сочетает в себе науку и инженерию и охватывает механику горных пород, экономическую геологию, а также гидрологию, геодезию и юридические вопросы. .

Источник