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

Подождите немного. Документ загружается.

тивируемой поверхности. Схемы с использованием скреперов применя-

ются при расстоянии транспортирования до 3 км.

Одноковшовый погрузчик — малогабаритная мобильная и высоко-

производительная погрузочно-транспортная машина для разработки и

погрузки ПСП. Преимуществами погрузчиков по сравнению с экскава-

торами являются сравнительно большая вместимость ковша относитель-

но массы погрузчика (масса погрузчика в 6—7 раз меньше массы экс-

каватора с такой же вместимостью ковша), высокая скорость передви-

жения, высокая маневренность, позволяющая производить погрузку в

стесненных условиях, независимость производительности погрузчиков от

высоты забоя, что создает благоприятные условия для применения их

при разработке невысоких уступов. Использование погрузчиков как

транспортных средств имеет ряд преимуществ, так как не задалживается

транспортное оборудование. К недостаткам погрузчиков следует отнести

малое напорное усилие и небольшие линейные параметры рабочего обо-

рудования (относительно малая высота разгрузки).

Одноковшовые экскаваторы-мехлопаты обычно используются для раз-

работки и погрузки ПСП и ППП, а драглайны, кроме этого, — для пла-

нировки породных отвалов, выполаживания откосов отвальных ярусов и

бортов карьерных выемок, сооружения дамб, канав, дорог и т.п. Для ре-

культивационных работ используются как основное вскрышное и

отвальное

оборудование, так и универсальные строительные экскаваторы.

Выбор вариантов структур комплексной механизации с использовани-

ем серийно выпускаемого оборудования, применяемого для технической

рекультиивации, зависит от большого числа факторов и в каждом конкрет-

ном случае обосновывается технико-экономическими расчетами [13].

Выполнение биологического этапа рекультивации, связанного с вос-

становлением плодородия нарушенных земель на разрезах, осуществля-

ется с использованием прицепных, полунавесных и навесных плугов

(более 20 моделей), гидрофицированных лущильников, борон, культи-

ваторов, рыхлителей, а также прицепных и навесных фрез, катков и

машин для приготовления и внесения минеральных и органических удоб-

рений. В комплекс мероприятий по биологической рекультивации входят

также посев трав и посадка первичных культур, для чего используются

различные сеялки (до 10 моделей), навесные ямокопатели и лесопоса-

дочные машины. Уход за посевами и посадками, в том числе орошение

и полив, выполняются при помощи дождевальных и поливочных машин,

сбор урожая — косилками и комбайнами, которые используются в сель-

скохозяйственной практике.

Довольно широкий диапазон типов и моделей машин (рис. 35) позво-

ляет подбирать для конкретных условий оптимальные комплексы обору-

дования, которые наиболее полно соответствуют горно-техническим и

природно-климатическим условиям разработки месторождений и обес-

печивают на всех стадиях качественную рекультивацию нарушенных зе-

мель для их целенаправленного использования в народном хозяйстве.

2.3.4. РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ЗЕМЕЛЬ ПРИ ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ

РАЗРАБОТКАХ

Объектами эксплуатации нарушенных земель при подземных горных раз-

работках являются участки месторождений, утратившие свою хозяйст-

венную ценность или оказывающие отрицательное воздействие на окру-

жающую среду в связи с нарушением почвенного покрова, ухудшени-

ем гидрологического режима и образованием неблагоприятных форм

техногенного рельефа. К основным из них относятся: терриконики и

плоские породные отвалы, шламо- и илонакопители, провалы, прогибы,

мульды оседания, воронки и другие деформации земной поверхности.

Как правило, форма и размещение указанных нарушений весьма различ-

ны, что определяет необходимость применения различных технологи-

ческих приемов и оборудования для целенаправленного восстановления

продуктивности и народнохозяйственной ценности нарушенных террито-

рий [1].

Технологические приемы рекультивации. В общем виде

технология рекультивации земель (табл. 25), нарушенных при подземных

горных разработках, включает в себя последовательное выполнение

следующих технологических операций: устройство подъездных дорог,

нарезка въездных траншей и полутраншей, снятие вершины и понижение

высоты многолучевых конических и хребтовых отвалов, выполаживание и

террасирование откосов, нанесение плодородного слоя почвы и

потенциально плодородных грунтов на восстанавливаемую поверхность с

последующей их агромелиоративной обработкой или без нее. Для

предотвращения эрозии и загрязнения прилегающей территории

продуктами размыва откосам придается уклон не более 25°. После

проведения горно-восстановительных работ рекультивируемые земли

передаются землепользователям для целевого хозяйственного освоения.

На земельных участках, предназначенных для сельскохозяйственного

освоения (пашня, сенокосные участки, сады, пастбища), в первые два-

четыре года высаживаются многолетние травы или сидераты (люпин,

сараделла, рапс) для почвоулучшения. При лесном и рекреационном

направлениях освоения земель, находящихся в черте городов и рабочих

поселков, осуществляются лесопосадки, создаются зоны отдыха и спорта,

обеспечивается декоративно-

ландшафтное оформление территории. При строительном направлении

освоения учитываются действующие требования СНиП для объектов

промышленного и гражданского строительства.

Наибольшие трудности для хозяйственного освоения имеют нарушен-

ные земли, подработанные в результате ведения подземных горных работ

(прогибы, провалы, мульды оседания, воронки). Определяющим техно-

логическим процессом рекультивации таких деформированных участков

шахтных полей является засыпка образовавшихся углублений земной по-

верхности шахтной породой или привозным грунтом с последующим их

окультуриванием.

Как правило, рекультивация подработанных горными работами тер-

риторий с образованием прогибов глубиной до 2 м производится путем

планировки поверхности с предварительным снятием и последующим на-

несением плодородного слоя почвы, а при глубине прогиба более 2 м —

путем планировки поверхности с предварительным снятием плодородного

слоя почвы, проведения необходимых мелиоративных мероприятий, под-

сыпки породы, нанесения плодородного слоя почвы и его окультуривания.

При переувлажнении прогибов грунтовыми водами и атмосферными

осадками в технологию рекультивации включаются работы по устройству

открытого и закрытого дренажа с целью удаления и перераспределения

избыточной влаги. Опытным путем установлено, что оптимальная норма

осушения составляет 70—90 см для многолетних трав, 90—100 см —

зерновых культур и 100—130 см для овощных культур; при этом в по-

севной и уборочный периоды для обеспечения надлежащей несущей спо-

собности почвы норма осушения уменьшается до 40 см для минеральных

и 50—60 см для торфяных почв.

Технология рекультивации мульд оседания содержит:

снятие и перемещение плодородного слоя почвы за пределы нару-

шенных участков;

выполаживание склонов поверхности по верхней границе мульд осе-

дания с одновременной заделкой трещин;

нанесение плодородного слоя почвы на спланированную поверхность

и его окультуривание.

При рекультивации провалов, являющихся наиболее сложным и

опасным объектом подработки шахтных полей, обязательно предусмат-

ривается надежное перекрытие выходов обрабатываемых пластов изо-

лирующей подушкой из глины мощностью не менее 3 м, считая от уров-

ня залегания коренных пород. Для засыпки провалов используются рых-

лые четвертичные отложения (наносы), расположенные в непосредст-

венной близости от провалов, или смеси наносов и привозных скальных

пород.

Засыпка производится бульдозером, который послойно срезает грунт

и перемещает его в провал. При достижении конечной отметки выпол-

няется цикл работ по химической мелиорации поверхности с нанесением

потенциально плодородных грунтов мощностью 2—2,5 м и покрытием

плодородным слоем почвы мощностью 20—30 см.

Биологические приемы рекультивации. Научные изыскания в

об-

ласти биологической рекультивации направлены в основном на совер-

шенствование методов и технических приемов, обеспечивающих уско-

ренное восстановление биологической ценности нарушенных земель.

К основным направлениям поисковых и экспериментальных работ отно-

сятся следующие:

изучение агрохимических и агрофизических свойств вскрышных пород

и отвальных грунтов в угольных бассейнах;

исследование физико-химических и микробиологических процессов в

грунтосмесях отвалов, происходящих в процессе рекультивации;

изыскание органических и неорганических материалов и активизиру-

ющих реагентов и разработка почвоулучшающих севооборотов с целью

создания искусственных почвогрунтов на породных отвалах, исключаю-

щих применение плодородных почв и потенциально плодородных грунтов

при рекультивации;

создание опытных участков для проверки разработанных рекомен-

даций.

В результате многолетних исследований по биологической рекульти-

вации земель путем нанесения разной мощности гумусового слоя почв

на разные субстраты показана роль подстилающих (почвообразующих)

пород в плодородии восстанавливаемых земель. При прочих равных ус-

ловиях колебания в урожайности зерновых в зависимости от подстила-

ющего субстрата достигают 3—8 ц/га

Наряду с традиционными приемами биологической рекультивации,

базирующимися на нанесении плодородного слоя почвы на восстанав-

ливаемую поверхность, в настоящее время широко разрабатываются

новые методы беспочвенного восстановления плодородия нарушенных

земель. Установлено, что при внесении в рекультивируемые грунты не-

которых видов микроорганизмов значительно интенсифицируются почво-

образовательные процессы, способствующие накоплению в них органи-

ческого вещества и элементов питания в доступной для растений форме.

Это позволило разработать принципиально новую технологию ускоренной

рекультивации нарушенных земель, которая успешно применяется в ряде

угольных регионов страны.

МНИИЭКО ТЭК разработана и внедрена технология ускоренной

рекультивации нарушенных земель с использованием почвенных

бактериальных препаратов, не имеющих аналогов в мировой практике и

защищенных патентами РФ и зарубежных стран. В результате внесения

таких препаратов в грунт за первый год рекультивации улучшаются

агрохимические свойства почвогрунтов и создаются благоприятные

условия для роста и развития растений. Это позволяет получить более

высокий, чем

на зональных почвах, урожай многолетних трав и сельскохозяйственных

культур, поэтапно восстановить экологическое равновесие на отработан

ных участках месторождений.

Способ пригоден для рекультивации земель с различной рН среды и

обеспечивает по сравнению с известным сокращение технологических

операций, не требует дефицитных компонентов, прост в реализации и

экономически выгоден. Кроме того, применение данного способа

обеспечивает улучшение природного ландшафта, нарушенного горными

pаботами, исключение условий для пылеобразования, удержание на

поверхности отвалов влаги, уменьшение вредного влияния горных работ

на прилегающую местность [16].

Реализация разработанной технологии включает два

взаимосвязанных

этапа:

техническую подготовку рекультивируемых площадей, состоящую в

выполаживании восстанавливаемой поверхности, удалении крупных

кусков породы, химической мелиорации токсичных грунтов (обработка

известью или известняком в виде порошка тонкого помола), в рыхлении

поверхности на среднюю глубину корнеобитаемого слоя (10—15 см) для

улучшения физического режима влагоемкости и аэрации;

биологическую рекультивацию, включающую посев семян

районированных злаково-бобовых растений (например, костер безостый,

овсяница, житняк, донник, люцерна) или зерновых сельскохозяйственных

культур (пшеница, ячмень, рожь) в рекультивируемые грунты,

обработанные

бактериальными препаратами, содержащими специально выделенные

микроорганизмы, активно участвующие в процессах почвообразования

На токсичных грунтах норму высева семян рекомендуется увеличить в

2—3 раза.

Бактериальные препараты содержат активные культуры

азотфиксирующих и фосфатрастворяющих бактерий, которые

задепонированы во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии и

хранятся в музейной коллекции.

ступную для растений форму. Бактерии, используемые для этих препара-

тов, предварительно выделяют из нарушенных земель по известным ме-

тодикам.

Опытно-промышленная апробация разработанного способа ускорен-

ной рекультивации нарушенных земель проведена в различных угольных

регионах, отличающихся по климатическим условиям и физико-химичес-

кому составу почвогрунтов, и показала положительные результаты. Так,

испытаны отвальные породы шахт Кизеловского угольного бассейна, со-

стоящие из аргиллитов и алевролитов с включением пирита и кварцевого

песчаника и представленные в основном макроструктурой, 50% которой

приходится на фракцию 4—5 мм, 35% — на фракцию 1 —3 мм и 15% —

на фракцию 1 мм. Порода характеризуется недостатком питательных ве-

ществ, избыточным содержанием железа и алюминия, значительной кис-

лотностью.

Приготовленные поверхности породных отвалов вначале нейтрализо-

вались известью (по гидрологической кислотности), затем инокули-

ровались бактериальными препаратами и засевались смесью многолет-

них злаковых и бобовых трав (костер безостый, донник белый и жел-

тый). Выбор растений обусловлен тем, что костер безостый характе-

ризуется высокой биологической устойчивостью, мощной корневой сис-

темой, хорошо задерживает влагу, а донник способствует накоплению

азота в почвогрунтах в результате деятельности бактерий в прикорневой

зоне.

На контрольных участках инокуляция отвальной породы микроорга-

низмами не проводилась. Площадь опытных и контрольных участков со-

ставляла 400 м. Результаты агрохимических анализов грунтосмесей на-

рушенных и восстановленных земель представлены в табл. 26.

Биогенность породы резко возросла в вариантах с ее инокуляцией

активной микрофлорой по сравнению с контрольными образцами. При-

чем доминировала полезная сапрофитная микрофлора, участвующая в

превращении азота, фосфора и калия.

Под влиянием метаболизма микроорганизмов улучшились агрохими-

ческие свойства почвогрунтов: снизилась кислотность, повысилось ко-

личество усвояемых форм азота, калия, фосфора. Проективное покрытие

растений на опытных участках составило 90%. Кроме опытных растений,

прижилось 38 зональных, характерных для Западного Предуралья, среди

которых преобладало разнотравье (28 видов), а также — злаково-бобо-

ные травы. Причем 90% растений, выросших на отвалах, относятся к

многолетним и 10% — к однолетним.

Улучшение агрохимических свойств почвогрунтов, увеличение чис-

ленности микроорганизмов в отвальных породах, повышение их биоло-

гической активности, создание стабильного травостоя с преобладанием

многолетников над одно- и двухлетними растениями, формирование за

два года дернового горизонта на глубину 10—15 см свидетельствуют о

создании на токсичных отвалах угольных шахт Кизеловского бассейна

первичных почвенных образований.

Аналогичные испытания новой технологии были проведены и на по-

родных отвалах предприятий Узбекистана, Кыргызстана и Челябинского

бассейна, а также на отвалах Первоуральского железорудного место-

рождения. Во всех случаях после инокуляции отвальной породы активной

микрофлорой отмечалось повышение биогенных свойств породы. Вы-

росшие на отвалах сельскохозяйственные растения отличались высокой

питательной ценностью и использовались как кормовые культуры на под-

собных хозяйствах предприятий.

Агротехнические мероприятия выбирались в соответствии с техноло-

гическими приемами, применяемыми в земледелии. Результаты иссле-

дований (табл. 27) показали заметные сдвиги в количественном содержании

микроорганизмов. В опытном варианте, инокулированном комплексом

микроорганизмов, отмечалось резкое повышение сапрофитной

микрофлоры, которая в среднем составила 316,8 тыс. клеток в 1 г по-

чвогрунтов. По сравнению с первоначальным количеством (2367 клеток

в 1 г) сапрофитная микрофлора повысилась в 100 с лишним раз. Резко

возросло количество азотобактера, показателя плодородия почв. Увели-

чение численности биогеноценоза оказало влияние на изменение хими-

ческого состава почвогрунтов. Повысилось количество биогенных эле-

ментов: количество азота в среднем составило 1,84% по сравнению с

первоначальным содержанием (0,02%). Количество органического ве-

щества повысилось с 20 до 60,9%.

Биометрические определения показали, что высота растений на

опытных участках составила в среднем 45—50 см при проективном покры-

тии 90—95%. На контрольных участках проективное покрытие составило

в среднем 12—15%. При этом высота растений достигла всего 8— 10 см.

На основании проведенных опытно-промышленных работ установле-

но, что применение активных штаммов микроорганизмов эффективно

действует на почвообразовательный процесс, повышает содержание

органического вещества, азота, фосфора, калия, улучшает рост растений,

способствует разложению аргиллитов, алевролитов, угленосных осадков

и гравилитов, содержащихся в отвальных породах.

Технология ускоренной рекультивации нарушенных работ позволяет

полностью исключить нанесение на рекультивируемую поверхность пло-

дородного почвенного слоя, что значительно снижает затраты. Технология

позволяет также значительно повысить темпы и эффективность ре-

культивации земель на угледобывающих предприятиях, так как до 60—

80% от суммарных затрат на рекультивацию земель приходится на сня-

тие, транспортировку, промежуточное складирование и нанесение пло-

дородного слоя почвы на рекультивируемые земли, которые в данной

технологии отсутствуют.