Уступные технологии селективной разработки открытых месторождений

При открытом способе разработки полезных ископаемых рекультивации подлежат внутренние и внешние отвалы и карьеры.

Для успешного выполнения рекультивации очень важно на техническом этапе обеспечить оптимальную стратиграфию вскрышных пород. Это обусловлено тем, что вскрышные породы, складируемые в отвалы, характеризуются самыми разнообразными свойствами. Многие из них являются непригодными для биологи­ческой рекультивации. Такие породы необходимо вскрывать от­дельно от других и при формировании отвалов располагать в их основании. Это исключит их попадание в слои, подстилающие фор­мирующиеся техногенные почв, и таким образом предотвратит их отрицательное воздействие на растения, которые будут произрас­тать на них на биологическом этапе и после рекультивации. Легче и дешевле достичь оптимальной стратиграфии, когда техническая рекультивация совмещается с технологией работ по добыче полезных ископаемых.

Избирательное вскрытие и отвалообразование пород с учетом их свойств и пригодности для биологической рекультивации назы­вается селективным. Они применяются для выемки потенциально плодородных вскрышных пород, их транспортировки и складирова­ния в целях дальнейшего использования для рекультивации, а также для выемки и изолирования фитотоксичных, скальных или полускальных пород, чтобы не допустить их попадания в состав пород, которые будут подстилать формирующиеся впоследствие техногенные почвы.

Для селективного вскрытия и отвалообразования применяются специальные технологии горных работ.

Наиболее сложно обеспечить селективное вскрытие и отвалообразование при бестранспортной системе разработки месторождения.

Для их выполнения выделяют два, а при наличии пород третьей категории – три уступа. При этом разработка толщи вскрышных пород проводится по двух и трехуступной технологической схеме.

Трехуступная технологическая схема

Нижний уступ сложен породами третьей категории, т.е. породами непригодными для биологической рекультивации. Его разрабатывают как правило драглайнами, которые укладывают породу 3-ей категории в выработанное пространство на дно карьера и формируют из нее основание внутренних отвалов.

Вышерасположенный уступ, сложенный потенциально плодородным грунтом, разрабатывается, например, роторным экскаватором в комплексе с отвалообразователем или транспортно-отвальным мостом, которые формируют второй ярус внутренних отвалов.

Передовой (верхний) уступ сложен породами первой категории по пригодности к биологической рекультивации. Его разрабатывают самостоятельно, например, роторными экскаваторами. От него вскрышные породы перемещаются самостоятельными средствами (например, системой ленточных конвейеров), которые транспортируются на .отвал и с помощью отвалообразователя укладываются в его верхней части.

Схема производства работ по трехуступной схеме приведена на рис. 1. До разработки месторождения стратиграфия пород следующая: гумусированный плорородный слой почвы; потенциально плодородная порода (материнская); порода, характеризующаяся неблагоприятными свойствами, например, скальные или фитотоксичные породы; полезное ископаемое.

Суть трехуступной технологии заключается в следующем: самостоятельно разрабатывается верхний уступ плодородного грунта и укладывается во временные внешние отвалы. Далее самостоятельно разрабатывается непригодный грунт третьего уступа и укладывается в выработанное пространство карьера (образующееся после начала отгрузки полезного ископаемого потребителю) на его дно. Далее разрабатывается потенциально пригодный грунт второго уступа и укладывается поверх ранее уложенного непригодного грунта. Плодородный слой почвы из временных внешних отвалов наносится на потенциально плодородный грунт.

Двухуступная технологическая схема

Применяется несколько схем экскавации вскрышных пород во внутренние отвалы.

Во всех схемах высота верхнего уступа определяется мощностью благоприятных для биологической рекультивации вскрышных пород. Высота второго уступа определяется глубиной залегания полезных ископаемых.

Распространенной является схема спаренной работы экскаваторов при селективном формировании отвалов. Радиус разгрузки отвального механизма на верхнем уступе должен быть достаточным для размещения его плодородных пород между гребнями первичного отвала, формируемых из пород нижнего уступа.

При транспортной и комбинированной системе разработки месторождений двухуступная технологическая схема включает выделение верхнего уступа, состоящего из плодородных грунтов, их самостоятельную разработку и транспортировку грунта во временные внешние отвалы. Затем этим грунтом покрываются внутренние отвалы, образованные при разработке второго уступа.

После формирования оптимальной стратиграфии горных работ осуществляют планировку внутренних, внешних отвалов и бортов карьеров.

Планировка внутренних отвалов бывает двух видов:

1) сплошное выравнивание – выполняется при создании сельскохозяйственных угодий

2) частичное выравнивание – при подготовке территории к озеленению, созданию зон отдыха.

При бестранспортных системах разработки карьеров отвалы имеют сложный рельеф в виде системы параллельных гребней или конусов. Перепад высотных отметок на таких отвалах достигает 10-15 м. Грубая планировка таких отвалов, отсыпанных параллельными гребнями, выполняется обычно драглайнами и отличается очень большим объемом земляных работ. Дополнительно к этому выполняются обычно бульдозерные работы в объеме 30% от экскаваторных, м3/га:

Разравнивание поверхности внутренних отвалов проводят сразу же вслед за продвижением фронта работ. Это обеспечивает относительно равномерную усадку отвалов и сокращение объема работ по засыпке и выравниванию образующихся после усадки западин.

При транспортных системах разработки и укладки пород в отвал с помощью экскаваторов, отвальных плугов или бульдозеров объем планировочных работ по технической рекультивации отвалов меньше, по сравнению с бестранспортными системами. (Специальные планировочные работы на таких отвалах состоят в основном в выполаживании и террасировании их откосов.)

После первичного (грубого) выравнивания территории внутренних отвалов через 2-3 года проводят окончательную (чистую) планировку. Объемы ее устанавливают равными 10% объема грунта, планируемого при предварительной планировке.

В целях предотвращения эрозионных процессов рекультивируемые площади должны сопрягаться с прилегающими ненарушенными территориями непосредственно путем выполаживания откосов или с помощью искусственных сооружений (террас). Сопряжение может проводиться двумя путями - в пределах нарушенной территории или занятием части площади земель, примыкающих к нарушенной территории - с устройством выровненного участка и террас.

Планировка внешних отвалов и карьеров бывает следующих видов:

1) выполаживание откосов отвалов и бортов карьеров – применяется при высоте отвалов или глубине карьеров до 14-16 м

2) Террасирование откосов отвалов и бортов карьеров при высоте их более 14-16 м

При выполаживании откосов уклоны поверхности в зависимости от состава пород, их физико-механических свойств не должны превышать:

. при подготовке отвалов для использования под пашню 1-2 град., под пастбища и сенокосы - 2-4 град. -.

- для лесохозяйственного использования, допускается создание уклона поверхности до 10 град. с одновременным проведением противоэрозионных мероприятий.

При террасировании откосов террасы имеют следующие параметры:

1) При сельскохозяйственном использовании под многолетние насаждения – ширина 8-10 м, разность отметок террас 3-10 м; продольный уклон не более 10 град., поперечный уклон во внутреннюю сторону 2 град.

2) При лесохозяйственном использовании - ширина должна обеспечить возможность посадки не менее 2-х рядов культур, т.е. 4,0-4,5 м, разность отметок террас 5-7 м; продольный уклон не должен превышать естественного угла откоса, поперечный уклон во внутреннюю сторону 2 град.

14.3.Технологии восстановления плодородия земель, нарушенных
при подземной добычи полезных ископаемых

При подземной добычи полезных ископаемых возникают такие объекты рекультивации как провалы и прогибы, а также внешние отвалы (терриконы), образованные выбросами пустой породы при шахтном способе добычи полезных ископаемых.

Для восстановления плодородия таких нарушенных земель очень важной частью работ технического этапа рекультивации является формирование рельефа нарушенной территории, так как от него во многом зависит эффективность биологической рекультивации и последующего использования восстановленных ландшафтов, их анти эрозионная устойчивость.

В состав работ по формированию рельефа таких нарушенных территорий входят:

- выполаживание или террасирование откосов внешних отвалов, карьерных выемок;

- засыпка и планировка шахтных провалов;

- очистка рекультивируемой поверхности.

Характер формируемого рельефа определяется видом нарушенного рельефа и целевого использования рекультивированных земель. Он определяет выбор технологии планировки местности.

В районах подземных разработок различают следующие виды создания проективной поверхности (планировки):

- полное выравнивание, когда провалы и прогибы засыпаются до прежних отметок земной поверхности строительным мусором, горными породами (с этой целью используются породы шахтных отвалов);

- выполаживание откосов шахтных провалов.

Создание проективной поверхности предусматривает также проведение работ по очистке ее от крупногабаритных обломков пород, производственных конструкций и строительного мусора

После формирования проективной поверхности нарушенных земель применяются технологии биологической рекульти­вации, заключающийся в восстановлении плодородия нарушенных земель, необходимого для их успешного использования в народном хозяйстве.

Основными задачами этого этапа являются:

1. Создание оптимальных условий для жизнедеятельности жи­вых существ и микроорганизмов, способствующих регенерации поч­вообразовательных процессов и формированию почвенного покрова на основе развития и стабилизации молодых почв.

2. Создание оптимальных условий для роста и развития рас­тений, обеспечивающих формирование максимальной их продуктив­ности в конкретных экологических условиях и становление расти­тельного покрова.

Выполнение этих задач обеспечивает переработку техноген­ных субстратов, подготовленных на техническом этапе рекульти­вации. В результате их направленного изменения в процессе био­логической рекультивации с течением времени формируется моло­дая техногенная почва, обладающая плодородием и представляющая собой модифицированный вариант зональной почвы.

Биологическая рекультива­ция включает в себя комплекс агротехнических, фитомелиоратив­ных, а при необходимости мелиоративных мероприятий по созданию техногенных почв, обеспечивающий перевод нарушенных территорий в полноценные сельскохозяйственные и лесные угодья.

14.4. Технологии восстановления плодородия земель, нарушенных
при добыче нефти

В связи с большим объемом нефтедобычи в Российской Феде­рации очень актуальной проблемой является рекультивация нару­шенных при этом процессе земель.

Особенности технологии нефтедобычи обусловливают необхо­димость отвода нефтепромысловым предприятиям все новых и новых земель. В результате в течение 12-13 лет земельный фонд, нахо­дящийся в нефтедобывающей отрасли, полностью обновляется. При этом нарушенные земли возникают не только на участках, отве­денных нефтяникам, но и на землях сельскохозяйственных предп­риятий в результате аварий на нефтепроводах.