Каплунов Ю.В., Климов С.Л., Красавин А.П. Экология угольной промышленности на рубеже XXI века

Подождите немного. Документ загружается.

та являются: формирование техногенного рельефа, создание техногенной

геологической структуры залегания пород; горно-техническая рекульти-

вация; биологическая рекультивация. Критерий, определяющий вид тех-

ногенного ландшафта, — оптимальность условий для его ассимиляции

с природными системами окружающих территорий. При формировании

техногенного ландшафта во многих случаях не надо стремиться воссо-

здать его в таком виде, в каком он существовал до начала разработки.

Основой необходимой направленности проектирования техногенного

ландшафта должно явиться определение тенденций долговременности

развития естественных природных процессов.

В связи с большой трудоемкостью рекультивационных работ главное

внимание при проектировании и эксплуатации уделяется решению сле-

дующих задач:

целенаправленному увязыванию режимов добычных работ и отвало-

образования с последующими землевосстановительными работами;

разработке и внедрению эффективных средств механизации рекуль-

тивационных работ;

разработке прогрессивных способов восстановления биологической

продуктивности нарушенных земель;

разработке и применению способов ускоренного восстановления пло-

дородия нарушенных земель на основе использования биоактивных пре-

паратов, бактериальных удобрений, фитомелиорантов, структурообразу-

ющих материалов и т.п.

Земли, нарушенные в процессе ведения горных работ, становятся не-

пригодными для использования, если они не подвергаются рекультива-

ции. Продуктивность рекультивированных земель в целом значительно

ниже, чем была до их нарушения. Это связано с тем, что горно-техни-

ческий и биологический этапы рекультивации в настоящее время на-

столько разобщены, что в ближайшее время трудно ожидать улучшения

качества работ, если не будут приняты экстренные меры. Управление

качеством рекультивационных работ не только повышает продуктивность

восстанавливаемых земель, но и резко уменьшает вредное воздействие

горных работ на окружающую среду, создает природе условия для ак-

тивного самовосстановления, сокращает сроки восстановления нарушен-

ных земель и повышает эффективность капитальных вложений в земле-

восстановительные работы.

В связи с этим основными направлениями решения проблем в области

охраны и рационального использования земельных ресурсов в угольной

отрасли приняты:

• совершенствование технологий горных работ и отвалообразования

в направлении сокращения изымаемых из землепользования и наруша-

емых площадей, ускорения и снижения трудоемкости рекультивационных

работ;

• совершенствование существующих и разработка новых более эф-

фективных способов технической и биологической рекультивации нару-

шенных земель, в том числе обеспечивающих восстановление гидроди-

намического режима грунтовых вод;

• разработка комплексов специальных машин для производства ре-

культивационных работ при различных видах нарушений и условий;

• разработка мероприятий и технических средств, исключающих от-

рицательное воздействие горных работ на прилегающие территории.

2.3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ И СХЕМ РЕКУЛЬТИВАЦИИ

НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ

Специфические особенности эксплуатации угольных месторождений

России (разнообразие геологических и природно-климатических условий,

глубины залегания, масштабов и объемов горных работ, многовариант-

ность применяемых систем разработки и оборудования, наличие в раз-

рабатываемых толщах скальных и токсичных пород и др.) обуславливают

необходимость применения различных способов и схем рекультивации

нарушенных земель для последующего целенаправленного использова-

ния их в народном хозяйстве. Это обеспечивает не только создание оп-

тимальных ландшафтов с соответствующей организацией территории,

флорой и фауной, но и способствует надежной охране водных ресурсов

и воздушного бассейна в районах размещения предприятий угольной про-

мышленности [1].

В последние годы в отечественной угольной промышленности и за

рубежом предприняты попытки технологически увязать основные про-

цессы добычи угля с рекультивацией нарушаемых при этом земель. В ос-

нову такой увязки принят принцип совмещения горных и рекультиваци-

онных работ в одном технологическом процессе горного производства,

включая технический и биологический этапы восстановления продуктив-

ности земельных угодий.

Технический этап рекультивации нарушенных земель обычно выпол-

няется предприятием или организацией, которые в процессе своей про-

изводственной деятельности нарушают земельные угодья. Он включает

в себя подготовку техногенного рельефа для эффективного использова-

ния его в народном хозяйстве, в том числе создание рекультивационного

слоя, планировку поверхности, формирование откосов, строительство

подъездных дорог, гидротехнических, мелиоративных и других сооруже-

ний и прочие земляные работы.

Как правило, для технического этапа характерны технологические

процессы и оборудование, свойственные горно-добывающим

предприятиям; это дает возможность все схемы технической

рекультивации классифицировать по признаку их связи с системой

разработки месторожде-

ния. При этом представляется возможность учесть агро-физико-хими-

ческие свойства вмещающих пород, выносимых на поверхность, и на-

правление последующего использования восстановленных земель, так

как эти факторы регламентируют технические условия и технологические

требования к техническому этапу рекультивации. Классификация таких

схем технической рекультивации и их комплексной механизации при до-

быче угля открытым способом представлена матрицей (табл. 22). На ней

схемы технической рекультивации и комплексной механизации подраз-

делены на совмещенные, раздельные и комбинированные при различных

системах разработки с учетом направлений рекультивации: сельскохо-

зяйственного, лесохозяйственного, рекреационного, а также для целей

промышленного и гражданского строительства [1].

Согласно этой классификации к группе совмещенных схем техничес-

кой рекультивации относятся технологические схемы, входящие состав-

ной частью в основной технологический процесс добычи угля при раз-

личных системах разработки месторождений открытым способом. Отли-

чительной особенностью данных схем является выполнение всех работ

по рекультивации нарушенных земель, в том числе выемка, транспорти-

ровка и укладка на рекультивируемые поверхности почв и потенциально

пригодных пород, планировка поверхности, формирование откосов отва-

лов посредством основного горного и транспортного оборудования без

привлечения специальной дополнительной техники. Из-за своей специ-

фики и наличия на разрезах мощного технологического оборудования ре-

ализация совмещенных схем не всегда практически осуществима. Но при

проектировании технологии вскрышных работ следует максимально ис-

пользовать возможность применения этих схем, учитывая их экономи-

ческую эффективность.

К группе раздельных схем технической рекультивации относятся

схемы, представляющие самостоятельный технологический процесс в

общем цикле ведения вскрышных работ. Отличительной особенностью

этих схем является выполнение рекультивационных работ специальным

оборудованием вне связи с горным производством, т.е. по самостоятель-

ному производственно-технологическому циклу. Условиями применения

таких схем являются:

невозможность включения работ по рекультивации в основной тех-

нологический процесс по причинам неприспособленности основного тех-

нологического оборудования для ведения рекультивационных работ;

несоответствие горно-геологических условий и параметров горных

работ требованиям последующей рекультивации или ее направлению;

возможность достижения более высоких технико-экономических по-

казателей работы предприятия при конкретном варианте раздельной

схемы рекультивации по сравнению с совмещенной;

необходимость выполнения технического этапа рекультивации обо-

собленно от основного технологического процесса угледобычи (техноло-

гия рекультивации принципиально отличается от технологии ведения гор-

ных работ; горные работы на участке рекультивации завершены с опре-

деленным опережением; рекультивируемый участок находится за преде-

лами зоны ведения горных работ, выполняемых основным технологичес-

ким оборудованием).

Работы по раздельным схемам рекультивации могут вестись до на-

чала, в процессе и после завершения горно-вскрышных работ. Досто-

инством раздельных схем является возможность обеспечения любых на-

правлений народнохозяйственного использования рекультивируемых зе-

мель, в том числе сельскохозяйственного, независимо от технологии ве-

дения вскрышных работ.

К группе комбинированных или частично совмещенных схем техни-

ческой рекультивации относятся технологические схемы, при которых

часть объемов работ выполняется по совмещенной, а часть — по раз-

дельной технологии. Достоинствами таких схем являются широкий диа-

пазон их применения и возможность оптимизации вариантов ведения

вскрышных работ в увязке с рекультивацией нарушенных земель в целях

достижения более высоких технико-экономических показателей работы

предприятий и обеспечения необходимого качества восстановленных зе-

мельных угодий.

Биологический этап рекультивации земель, нарушенных предпри-

ятиями угольной промышленности, осуществляется землепользова-

телями за счет средств угольных предприятий. Поэтому систематизация

способов и схем биологической рекультивации позволяет повысить

эффективность горных работ с учетом последующей рекультивации и

снизить затраты на рекультивацию в целом при обязательном соблюде-

нии экологических требований в части воспроизводства земельных ре-

сурсов.

В табл. 23 приведена классификация способов биологической ре-

культивации нарушенных земель с учетом специфики угольной промыш-

ленности. При этом для каждого способа рекультивации и его базовых

вариантов определены условия рационального применения, что облег-

чает задачу практического использования данной классификации на пред-

приятиях угольной промышленности [1].

В представленных схемах рекультивации предусматриваются различ-

ные варианты применения горного, транспортного и вспомогательного

оборудования, что позволяет значительно расширить общее число вари-

антов схем и их приспособленность к реальным условиям и возможностям

горных предприятий [13].

2.3.3. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ ПРИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ

РАЗРАБОТКАХ

Современная практика рекультивации нарушенных земель на разрезах

базируется в основном на детальном изучении пригодности вскрышных

пород конкретных месторождений для биологического освоения (физи-

ко-механические свойства и минералогический состав, условия естест-

венного зарастания, особенности формирования водного режима и др.),

а также на анализе технологических схем ведения горных работ и отва-

лообразования с учетом возможности создания благоприятных условий

для произрастания ценных сельскохозяйственных культур и древесно-

кустарниковых пород, применяемых для этих целей.

В зависимости от категорий пригодности вскрышных пород, почвен-

ных и природно-климатических условий, а также выбранного вида ос-

воения применяются следующие способы рекультивации нарушенных зе-

мель на разрезах:

• нанесение на рекультивируемые грунты плодородного слоя почвы

или слоя лёссовидных суглинков мощностью 30— 120 см с применением

комплекса минеральных удобрений;

• непосредственная обработка рекультивируемых грунтов с прове-

дением мелиоративных работ (известкование, внесение минеральных

удобрений, мелиоративные севообороты);

• непосредственная обработка рекультивируемых грунтов с исполь-

зованием биоактивизированных препаратов, приготовленных из бурых

углей и отходов углеобогащения, и активных штаммов почвенных мик-

роорганизмов.

Первые два способа рекультивации нарушенных земель получили ши-

рокое распространение на разрезах, третий находится в стадии промыш-

ленной проверки и внедрения.

В настоящее время при рекультивации нарушенных земель на раз-

резах без нанесения почвенного слоя и потенциально плодородных суг-

линков наметились четыре подхода:

• восстановление плодородия нарушенных земель путем предпосев-

ного внесения азотно-фосфорно-калийных удобрений, посева пионерных

растений (донник, люцерна, клевер и др.), введения в севооборот бобо-

во-злакового разнотравья, обеспечивающего успешное развитие почво-

образовательного процесса. Накопление гумуса в новосозданной почве

и улучшение ее водно-воздушного режима происходят в результате со-

здания комковатой структуры и ликвидации дефицита в необходимых хи-

мических элементах. Средний срок генерации стабильного плодородного

слоя при таком способе восстановления составляет 10—12 лет;

• восстановление плодородия нарушенных земель путем введе-

ния рекультивационного севооборота с внесением в рекультивируемые

нетоксичные грунты высоких доз минеральных удобрений (700—

1200 кг/га). В качестве пионерных растений могут использоваться

любые виды культурных растений, обеспечивающие высокий уровень

урожайности уже в первые годы использования рекультивируемых зе-

мель. Длительность почвообразовательного процесса при данном спосо-

бе равна 8—10 лет;

• восстановление плодородия нарушенных земель путем внесения в

грунт биоактивизированного препарата в количестве от 5 до 50 т/га, при-

готовленного из низкосортных бурых углей или торфа, который в соче-

тании с минеральными удобрениями по своему действию заменяет гумус.

При необходимости восстанавливаемая поверхность породных отвалов

перед рекультивацией нейтрализуется известью или золой от ТЭЦ. Ста-

билизация микробиологической жизни почвогрунта происходит за один

год, полное восстановление плодородия земель — в течение 4 — 6 лет;

• восстановление плодородия нарушенных земель путем сплошной

инокуляции поверхности рекультивируемых грунтов активной почвенной

микрофлорой. Высокая активность микрофлоры способствует мобили-

зации потенциального плодородия субстрата и накоплению в нем орга-

нического вещества и элементов питания в доступной для растений

форме. Устойчивый травостой при этом способе образуется через один

год, полное восстановление плодородия происходит через 3—5 лет.

Из перечисленных выше технологических приемов рекультивации на-

рушенных земель без нанесения плодородного слоя почвы наиболее пер-

спективными являются ускоренные способы восстановления плодородия

почвогрунтов с использованием биоактивизированных препаратов и ком-

плекса почвенных микроорганизмов. Основными достоинствами этих

приемов рекультивации являются следующие:

• исключение селективной выемки почвообразующих пород и по-

слойного формирования корнеобитаемого слоя на восстанавливаемой

поверхности в процессе ведения горных и рекультивационных работ;

• возможность применения для рекультивации грунтов с различными

агрохимическими свойствами;

• протекание почвообразовательного процесса в естественных усло-

виях, без стимулирования его высокими дозами химических мелиорантов,

загрязняющих поверхностные водные источники;

• быстрота восстановления плодородия и образования на рекульти-

вируемых территориях окультуренных почв высокого качества.

При решении конкретных вопросов проведения рекультивационных

работ на разрезах обычно исходят из того, что эти работы выполняются

в два взаимосвязанных конечной целью этапа (техническая и биологи-

ческая рекультивация) [1].

Средства механизации рекультивационных работ. В настоящее

время угольные разрезы оснащены мощным горным и транспортным обо-

рудованием. Широкий диапазон горно-геологических условий, разнооб-

разие типов экскаваторов, транспортных средств и вспомогательной тех-

ники вызывают необходимость применения большого числа различных

технологических вариантов ведения отвально-рекультивационных работ.

Набор средств механизации определяется, как правило, конкретными ус-

ловиями разреза.

При транспортных системах разработки для выемки, транспортировки

и укладки ПСП и ППП в отвал применяется как основное вскрышное

оборудование — вскрышные и отвальные экскаваторы, средства желез-

нодорожного и автомобильного транспорта, так и специальное оборудо-

вание — строительные экскаваторы, погрузчики, самоходные и прицеп-

ные скреперы, бульдозеры и рыхлители, автосамосвалы различной гру-

зоподъемности и другое дорожно-строительное и транспортное оборудо-

вание.

При бестранспортных системах разработки валовая или селективная

выемка и укладка в отвал ПСП и ППП производятся, как правило, ос-

новным вскрышным оборудованием — шагающими экскаваторами, а

планировочные работы — экскаваторами малой мощности и бульдозе-

рами.

В зависимости от схемы технической рекультивации и вида выполня-

емых работ рекомендуется использовать следующие типы оборудования

(табл. 24).

Бульдозеры и бульдозеры-рыхлители — основное оборудование, ко-

торое используется на различных операциях технического этапа рекуль-

тивации. Работа их может быть не связана с другими машинами в техно-

логической цепочке: снятие, транспортировка, складирование и укладка

на подготовленные участки отвалов ПСП и ППП, выполаживание и тер-

расирование откосов отвальных ярусов и т.д. Но они могут быть исполь-

зованы и в комплексе с экскаваторами, погрузчиками и скреперами.

Широкое распространение при рекультивации нарушенных земель

получили самоходные и прицепные скреперы. Автоскреперы большой

вместимости в сочетании с быстроходными тягачами являются высоко-

эффективными машинами для разработки ПСП. Скреперы используются

в качестве транспортных средств, а также для разравнивания отсыпаемых

грунтов, строительства дорог, рытья траншей и котлованов. К недостат-

кам скреперов следует отнести сезонность их использования, сравни-

тельно небольшой срок службы, снижение эффективности работы с уве-

личением влажности пород, невозможность использования при выемке

пород влажностью более 20%, непригодность для разработки пород, со-

держащих валуны. Скрепер способен выполнять весь цикл земляных

работ: снятие грунта, транспортирование и разравнивание его на рекуль-