Организация работ по рекультивации и обустройству нарушенных земель

по химическим свойствам

Сульфидсо-держащие и сильнозасоленные породы, солонцы

Более 2

Более 6,5

Нет

20 и

более

Различного гранулометрического состава

»

При отвалообразовании укладывают в основание отвалов; должны быть изолированы при создании пашни и посадке леса слоем пригодных пород мощностью не менее 1-2 м; с учетом экономической эффективности в ряде случаев можно проводить коренную химическую мелиорацию (промывку, известкование высокими дозами, гипсование и т. п.), после чего используют под лесопосадки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Литература

1. В.И. Сметанин. Рекультивация и обустройство нарушенных земель. Учебное пособие для вузов. М. изд-во «Колос», 2003. С.94. (с.5)

2. Учебно-методический комплекс. Захаров Н.Г. Рекультивация и охрана земель. Ульяновск, ГСХА, 2007, 217 с. (электронный ресурс)



Лекция 5

Тема: Рекультивация и обустройство отвалов и насыпей

Основное содержание:

1. Общие сведения

2. Требования к формированию и рекультивации отвалов

1. Общие сведения

Воздействие горного производства на природную среду находится в зависимости от способа разработки, характера используемого оборудования, особенностей и глубины залегания полезных ископаемых, способов отвалообразования, состава вскрышных пород (и вмещающих) и отходов дробления, методов рыхления, режимов функционирования производственных объектов, их размещения и технико-экономических показателей.

Разрушения почв и почвенного покрова происходят также при строительстве промышленных и гражданских объектов, дорог трасс электролиний и других сооружений. Эти виды производства связаны еще и с отчуждением почв и почвенного покрова под отходы этих производств. Это площади под отвалами вскрышных пород горнорудной и каменноугольной промышленности. Происходит механическое площадное нарушение почв и почвенного покрова. Оно выражается в повреждении поверхности почв. Возникает также и механическое глубинное нарушение почв - разрушение морфологического строения почвенного профиля. Негативное давление испытывают на себе почвы горнодобывающих и горно-перерабатывающих предприятий: изменяется система горизонтов вследствие их непосредственной трансформации, происходит перемешивание генетических горизонтов, а также погребение их под массой минерального и органического материала. Почвенный профиль в ряде случаев замещается техногенными почвоподобными образованиями, а не почвенными грунтами. Главный результат таких воздействий - разрушение почв.

Отвалами называют земляные насыпи, не имеющие делового назначения и образуемые в результате отсыпки грунта, разрабатываемого в любой выемке. К отвалам также относят искусственные насыпи из пустых пород, некондиционных полезных ископаемых, хвостов обогащения, золо- и шлакоотвалы тепловых электростанций, свалки и полигоны обезвреживания и захоронения отходов. Отвалы, возводимые намывным способом, называют гидроотвалами.

Любые отвалы, терриконы и свалки наносят ущерб окружающей среде за счет нарушения экологического равновесия в природе, обусловливаемого ухудшением качества грунтовых и поверхностных вод в результате выветривания или смыва загрязняющих веществ с их поверхности, а также за счет изменения воздушных потоков и ослабления регенерационного потенциала ландшафта в целом. Кроме того, бесформенные, бросающиеся в глаза отвалы обезображивают пейзаж.

Предотвращение и устранение ущерба, наносимого ландшафту отвалами, а также их удовлетворительное обустройство решают правильным выбором места для их размещения, с учетом возможности последующего использования, приданием устойчивости склонам при формировании отвалов и надлежащим озеленением. Перечисленные мероприятия способствуют превращению отвалов, по меньшей мере, в нейтральную структуру, способствующую интеграции их в ландшафт, снижению негативного воздействия на окружающую среду.

2.Требования к формированию и рекультивации отвалов

При любых обстоятельствах формированию отвала любого назначения должно предшествовать снятие верхнего слоя почвы в его основании. При этом желательно снимать не только гумусовую часть верхнего слоя растительного грунта, но и подстилающий, пронизанный корнями растений слой грунта, представляющий собой важный и ценный материал для последующей рекультивации. Норму снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ устанавливают в соответствии с рекомендациями ГОСТ 17.5.3.06-85. Объемы снимаемой почвы обычно велики. Поэтому снимают верхний слой, с учетом его сохранения во временных кавальерах и последующего использования при восстановлении почвенного слоя на отвале, бульдозерами при транспортировании на расстояние до 60 м, а свыше 60 м - скреперами.

При добыче полезных ископаемых подземным способом образуется так называемые породные отвалы, формируют которые, отсыпая пустую породу с применением канатной дороги, скипов или опрокидных вагонеток.

Вновь закладываемые породные отвалы по возможности должны быть плоской формы, и располагают их в отдалении от жилых массивов и промышленных площадок на участках, непригодных для хозяйственного использования (овраги, балки, отработанные карьеры и т. д.). Не допускается размещать отвалы, сложенные пиритизированными (сульфидсодержащими) фитотоксичными породами, в понижениях рельефа без предварительного проведения защитных мероприятий против их геохимической миграции.

Параметры породных отвалов должны отвечать нормативным санитарно-гигиеническим требованиям - занимать минимальную площадь при высоте, гарантирующей их устойчивость, обладать минимальным пылеобразованием, позволять совмещать операции по доставке породы, разгрузке и разравниванию ее (в необходимых случаях - с уплотнением), а также проводить предупредительные мероприятия против самовозгорания породы.

Формировать отвалы начинают от границ отведенного под них участка к его центру, это позволяет осуществлять биологическую рекультивацию в процессе его формирования, а также обеспечивает совместное складирование твердых и жидких отходов угледобычи и обогащения.

При размещении отвалов в балке предусматривают возведение земляных дамб и прудов-аккумуляторов для отвода ливневых вод от площадок отвалов. Для сброса воды из прудов строят водоотводные каналы и сопрягающие сооружения (быстротоки, перепады).

Основные геометрические параметры формируемых плоских и комбинированных отвалов определяют расчетом. При этом высота отвала не должна превышать 40 м. Высоту яруса принимают не более 10 м. Угол межъярусных откосов не должен превышать: для породы шахт - 30-32°, для породы обогатительных фабрик и при совместном складировании породы шахт и обогатительных фабрик - 25-28^о. Коэффициент устойчивости должен быть не менее 1,2.

Для работ по формированию отвалов используют бульдозеры, а при необходимости уплотнения укладываемой породы в отвал - грунтоуплотняющие катки.

Особые требования предъявляют к формированию отвалов пустой породы при добыче каменного угля из-за способности их к самовозгоранию. В этом случае обязательно проводят профилактические работы, направленные на его предотвращение. Для предупреждения самовозгорания породных отвалов снижают содержание горючих веществ в отвальной массе и проводят профилактику против самовозгорания в процессе формирования отвала.

Тушат горящие плоские отвалы в зависимости от характера горения полным или выборочным проливанием поверхностного слоя пород пульпой, приготовляемой из антипирогенных материалов. Отдельные небольшие поверхностные очаги горения на отвалах выбирают либо их подавляют, засыпая негорючим материалом (инертная пыль, глинистый и песчано-глинистый сланцы, песок и др.) или же промывая пульпой.

Для предотвращения распространения горения со смежного горящего на закладываемый или действующий негорящий отвал на сопряжении отвалов устраивают противопожарный барьер, создаваемый путем проливания отвальной массы на сопряжении отвалов пульпой с отношением твердого компонента к жидкому, равным 1:6-1:8 по объему, через инъекторы, размещаемые по сетке 1,5 х 1,5, или в траншеи, устраиваемые глубиной 1,5-2,5 м. Ширину барьера принимают не менее 1,5 м.

Плоские породные отвалы формируют, послойно укладывая породы с устройством пожаробезопасных заходок. Толщина слоев пород отвала не должна превышать: на индивидуальном шахтном отвале - 1 м; на отвале, общем для шахты и обогатительной фабрики, - 0,75 м; на отвале обогатительной фабрики - 0,5 м.

Пожаробезопасные заходки формируют в процессе разравнивания и уплотнения складируемой породы бульдозерами в сочетании с переслаиванием отвальной массы по контуру отвала (ширина полосы не менее 3 м) негорючими материалами слоем толщиной 0,25-0,3м (рис. 1). Отвалы, формируемые в виде терриконов конической формы с высокими и крутыми склонами и значительной дифференциацией влажности складируемого материала по высоте, трудно подвергаются рекультивации, а иссушенные в верхней части откосы подвержены эрозии и своим внешним видом нарушают общий ландшафт местности.

С целью устранения указанных недостатков существующие породные отвалы конической формы необходимо реконструировать. Для этого им придают более устойчивую форму за счет выполаживания откосов до значений m = 1,5 и более. На терриконах, сформированных высотой более 10 м, устраивают бермы шириной не менее 3-5 м. Они расчленяют откосы большой протяженности, предотвращают эрозию, служат в качестве дорог для хозяйственного освоения территории и обеспечивают проведение рекультивации склонов с последующим их озеленением. Высота терриконов практически неограниченна и достаточно часто достигает 100 м и более, а заложение склонов не превышает обычно т =1.

Рис. 1. Формирование плоского породного отвала (размеры в м): 1. - складируемая порода; 2 - пожаробезопасная заходка

Рис. 2. Схема переработки начальной формы террикона в устойчивую:

1. - неустойчивое очертание формы террикона; 2. - проектное очертание формы террикона, получаемое в процессе перемещения части материала с верхних отметок в его основание; 3 - место вокруг террикона для складирования перемещаемого материала, укладываемого вокруг основания террикона; 4 - берма; 5 - снимаемая часть материала

Устойчивую форму откосам придают, перемещая часть объема складируемого материала с верхних отметок террикона и укладывая вокруг его основания, при этом уменьшается высота террикона, выполаживаются его склоны и устраиваются бермы (рис. 2).

В результате переработки геометрические размеры террикона претерпевают следующие изменения. Так, при первоначальной высоте террикона Н, заложении откосов склона т для придания ему устойчивой формы по высоте склона устраивают бермы шириной с, которые находятся на расстоянии Н₁ по высоте террикона и переходят в откосы склона, выполняемые с заложением т₁. Перерабатываемый материал с верхних отметок перемещают в основание террикона, увеличивая его размеры от r до r₁ и формируя отвал с заложением откоса, равным т₂ и высотой H₁.

При рекультивации старых отвалов конической формы, состоящих из окисленной породы, не подверженной самовозгоранию, складируемый материал с верхних отметок террикона в отдельных случаях можно перемещать взрывным способом с после дующим выравниванием поверхностей берм и устройством на них въездов бульдозерами. Устойчивую форму терриконам или хребтовидным отвалам, сформированным из пород, подверженных самовозгоранию, придают, переформировывая их в плоские отвалы путем послойного перемещения пород под откос бульдозерами или вывозом последних самосвалами и формированием плоского отвала на новом месте с учетом пожарной безопасности. При переформировании терриконов и хребтовидных отвалов в плоские на прежнем месте по поверхности пониженного отвала отсыпают слой суглинка толщиной 0,3 - 0,35 м из условия пожарной безопасности.

В соответствии с ГОСТ 17.5.1.02 - 85 земли, нарушенные платообразными породными отвалами, после проведения технического и биологического этапов рекультивации могут быть использованы под сенокосы, пашни, пастбища, как площадки для строительства, лесонасаждения с задерновкой участков природоохранного назначения по склонам, под зоны отдыха и спорта.

Земли, нарушенные высокими гребневидными и коническими отвалами, используют в основном под лесонасаждения с задерновкой участков природоохранного назначения, зоны отдыха и спорта.

Перед проведением биологической рекультивации восстанавливают почвенный покров на сформированных поверхностях отвала. Для этого растительный грунт, забираемый из временных отвалов, сформированных в период производства вскрышных работ, наносят на откосы и гребень отвала.

Для погрузки почвенного грунта можно применять одноковшовые экскаваторы либо фронтальные погрузчики, а в качестве транспортных средств - саморазгружающиеся на три стороны тракторные прицепы или аналогичные им автосамосвалы.

Материалы и породы, не вызывающие негативных воздействий на окружающую природную среду и не подверженные самовозгоранию, складируют в так называемые непородные отвалы.

Рис. 3. Формирование насыпных отвалов в виде террасированной горы:

а - обустройство склона первого яруса отвала; б - форма склона насыпного отвала в виде террасированной горы; 1 - озеленение по нанесенному слою почвы, проводимое после завершения каждой ступени насыпки; 2 - направление уклона бермы; 3 - выступающая верхняя кромка отвала; 4 - покровный слой отвала из слоя почвы; 5 -снятый верхний слой почвы с основания отвала; 6 - окаймляющие насаждения шириной не менее 5 м

Это, как правило, линейно протяженные отвалы, формируемые в виде многоярусной террасированной горы (холма).

Перед формированием отвала снимают верхний слой почвенного грунта, укладывают во временные отвалы, которые располагают вблизи проектируемого отвала. Затем укладывают складируемый материал в первый ярус отвала, выполняемый высотой 15 м и более с заложением откосов не менее т = 3 (рис. 3).

После завершения формирования первого яруса на отвале устраивают первую террасу, выполняемую в виде уступа шириной не менее 3 м. Все последующие ярусы формируют высотой не более 10 м и с заложением откосов т = 2. Уступы выполняют с незначительным уклоном в сторону откоса последующего яруса. Они расчленяют откосы большой протяженности, предотвращают эрозию и распределяют поверхностный сток, служат в качестве дорог. По завершении каждого яруса на откосы наносят верхний слой почвы толщиной до 1 м и поэтапно их озеленяют. Такая форма отвала обеспечивает достаточно благоприятные условия для развития древеснокустарниковой растительности.

Однако отвалы, формируемые в виде террасируемой горы, при большой высоте и размещении их на ровной местности плохо вписываются в ландшафт, даже будучи покрытыми растительностью. Наиболее удачная форма отвала с топографической точки зрения формирования ландшафта требует значительно большей площади для его размещения. Откосы таких отвалов должны быть пологими, а подножье их выполняют слегка округленным, плавно переходящим в естественный рельеф местности (рис. 4).

При создании отвалов в условиях пересеченной местности необходимо стремиться придать ему более округлую форму, что способствует достижению хорошего соответствия формы отвала рельефу местности. Однако при равной площади земельных участков в таких отвалах помещается меньше складируемого материала, чем в отвалах

Рис. 4. Формирование ландшафтных отвалов:

а - в естественных понижениях; б - в виде достройки округлой формы, дополняющей естественный ландшафт; 1 - складируемый материал; 2 - озелененная часть отвала; 3 - дорога; 4 - существующий водоем; 5 - озелененный откос, плавно переходящий в естественный рельеф местности; 6 - оставшийся зеленый массив от естественного ландшафта; 7 - защитная полоса; 8 - окаймляющая полоса зеленых насаждений, устраиваемая перед отвалом с крутыми склонами.

При создании отвалов округленной формы с пологими откосами обращают внимание на регулирование поверхностного стока воды с предотвращением эрозии нанесенной почвы и складируемого материала. Для этого необходимо предусматривать прокладку дорог по уступам, устраиваемым на откосах, или систему небольших каналов на склонах.



Лекция 6

Тема: Способы добычи и характерные особенности нарушенных земель при торфоразработках

Основное содержание:

1. Основные положения рекультивации выработанных месторождений торфа

2. Техническая рекультивация

3. Биологическая рекультивация выработанных месторождений торфа

1. Основные положения рекультивации выработанных месторождений торфа

Возможность использования выработанных торфяников зависит от способа добычи торфа, водного режима, возраста выработки, степени задернения и т. д. Торф добывают фрезерным, гидравлическим, машиноформовочным и резным способами.

При послойно-поверхностном фрезеровании залежей торфа образуются участки с выровненной поверхностью дна забоев, заключенные между валовыми каналами, располагаемыми друг от друга через 500 м, которые называются фрезерными полями. Длина валовых каналов может достигать 3 км. Внутри каждое фрезерное поле поделено регулирующей сетью каналов на прямоугольные карты шириной по 20 м в залежах верхового и переходного типов торфа и по 40 м - в залежах низинного торфа. Глубина картовых каналов обычно составляет 0,5-1 м, ширина по верху - 1,5 - 3 м. Поверхность временного складирования добытого торфа на 0,3 - 0,5 м выше поверхности выработанного пространства в карьере, а в от дельных случаях до 2,5 м. Мощность оставшегося слоя торфа в карьере составляет 0,1 - 0,7 м, а в отдельных местах достигает более 1 м. Недавно выбывшие из эксплуатации фрезерные поля практически не покрыты растительностью. Осушительная сеть имеет удовлетворительное состояние. Вдоль бровок каналов расположены кавальеры минерального грунта. Увлажненность фрезерных полей в таких условиях незначительна.

Фрезерные поля прошлых лет зарастают травой, кустарником и мелколесьем, особенно бровки и откосы каналов, кавальеры. Осушительная сеть не работает - каналы разрушены и заилены, насосные станции осушения не работают, и выработанное пространство постепенно затапливается водой.

Карьеры гидроторфа - выработанное пространство, оставшееся после добычи торфа гидравлическим способом и представляющее собой чередующиеся котлованы, разделенные на рабочие карты перемычками. Карты гидроторфа имеют сравнительно правильную, обычно прямоугольную, форму с размерами сторон: ширина до 60 м и длина до 200 м. Максимальная глубина выработки до 5 м, длина сезонных проходов агрегатов до 2 км. Рабочие карты отделены друг от друга поперечными перемычками шириной по верху 0,6 - 1 м, а сезонные проходы агрегатов - продольными перемычками шириной по верху около 4 м. В заброшенных карьерах гидроторфа перемычки разрушаются, зарастают кустарником и мелколесьем, а мелководные участки карьера - тростником и рогозом. Как правило, карьеры гидроторфа заполнены водой, оставшейся гидромассой и захламлены вымытыми из залежи древесными останками.

Карьеры машиноформовочной добычи торфа образовались после выработки торфяного месторождения элеваторным или экскаваторным способом и представляют собой выемки в виде чередующихся траншей и перемычек. Образующиеся траншеи имеют ширину от 4 до 10 м и достигают длины, равной 2 км, отделены друг от друга продольными перемычками, которые имеют ширину 0,5 - 3 м. По длине через каждые 10 - 80 м траншеи поделены поперечными перемычками шириной 0,5 - 2,5 м. Глубина выемки зависит от первоначальной мощности залежи торфа, глубины экскавации и не превышает обычно 4 м. После прекращения добычи торфа машиноформовочным способом перемычки и дно траншей обычно захламлены пнями, покрыты древесной растительностью. Траншеи заполнены водой и на мелководных участках зарастают тростником, рогозом и осокой.

Карьеры резной добычи торфа - участки торфяных месторождений, изрытые отдельными ямами-копанцами при ручной добыче торфа на топливо для внесения в почву на садово-огородных участках и для других непромышленных целей. Они чаще всего имеют неправильную форму со сложной конфигурацией границ. Глубина их достигает 2 м. Перемычки между ними бывают различной ширины в зависимости от густоты ям-копанцев.

Неэксплуатируемые участки, противопожарные зоны, поля сушки, дамбы, поверхность которых выше выработанных площадей, чаще захламлены, заросли кустарником и сорной травой.

Характерная черта выработанных площадей торфяных месторождений - существенное различие физических свойств оставшегося слоя торфа и нижележащей породы, выраженное резким переходом от рыхлого торфа к минеральному грунту, от высокого влагосодержания к низкому. Почвенный профиль имеет трехслойное строение, состоящее из верхнего придонного слоя торфа, переходного и подстилающей породы.

В придонном слое торф характеризуется рядом морфологических признаков и степенью разложения. Одно из неблагоприятных свойств торфа - его высокая влагоемкость. Для этого же слоя характерна неудовлетворительная водопроницаемость. Интенсивность просачивания осадков связана с состоянием почвенных коллоидов. В засушливые периоды коллоиды свертываются и водопроницаемость возрастает. В дождливую погоду коллоиды набухают и тормозят передвижение влаги в силу слабой капиллярной связи между торфом и подстилающей породой.

Переходный слой между подстилающей породой и торфом, как правило, сильно гумусирован и оглеен, обладает большой плотностью и вязкостью, сдерживает фильтрацию нисходящего тока воды, затрудняет использование ее растениями, тормозит распространение корневой системы в подпахотные горизонты. Высохший контактный слой приводит к тому, что растения потребляют воду только из торфяного горизонта, а в периоды снеготаяния или обильных атмосферных осадков создаются условия появления верховодки в торфяной почве. В связи с этим почвы в выработанных торфяниках часто переувлажнены, что отрицательно сказывается на их освоении.

Подстилающая порода представлена в основном песчаными, речными и озерными отложениями.

С точки зрения экономической целесообразности и охраны природных ландшафтов направление дальнейшего использования выработанных торфяных месторождений определяется в основном геоморфологическими условиями образования торфяного месторождения. В зависимости оттого, в какую геоморфологическую группу входит месторождение, рекомендуют и направление использования выработанного пространства после выемки торфа. Например, при расположении месторождения на склонах надпойменных террас или староречий предпочтительнее сельскохозяйственное использование. Выработанные месторождения, расположенные в сточных котловинах на равнинных землях, могут иметь многоцелевое использование с преимуществом сельскохозяйственного. Выработанное месторождение, находящееся в бессточных котловинах на поймах или в бессточных межморенных котловинах на участках обвалованной поймы, в дальнейшем, как правило, используют как водохозяйственное, а при расположении в неглубоких междуречных впадинах - как лесохозяйственное.

2. Техническая рекультивация

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

Основная задача первого этапа технической рекультивации выработанных площадей торфяных месторождений для сельскохозяйственного использования - 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.

Второй этап технической рекультивации - проведение культуртехнических и планировочных работ. Параллельно им на выбывших фрезерных полях строят дороги, а при рекультивации карьеров торфа строят дороги только после выполнения планировочных работ. Подъездные дороги к рекультивируемым объектам во всех случаях прокладывают в подготовительный период.

Заканчивают техническую рекультивацию послеосадочным ремонтом осушительной сети, укреплением откосов и дна каналов, сооружением устройств для наблюдения за водным режимом в корнеобитаемом слое почвы и выполнением других видов работ.

К рекультивации желательно приступать не позднее чем через год после окончания добычи торфа на автономном участке.

Перед проведением технической рекультивации отлавливают и переселяют в специальные места обитания ценные породы животных (бобров, ондатру и т. д.).

Создание осушительно-увлажнительной системы включает переустройство существующей осушительной сети. При проведении работ по переустройству осушительной сети магистральные, валовые каналы или коллекторы, а также нагорные и водоподводящие каналы, как правило, не переустраивают. Картовые каналы-осушители при необходимости углубляют и расширяют, а ненужные засыпают. Расстояние между осушителями при сельскохозяйственном использовании принимают 80, 120, 160, 200 м в залежах низинного торфа, 60,80, 100,120 м - в залежах верхового торфа. Минимальную глубину осушителей в торфяных грунтах принимают 1,2 м, а в минеральных - 1 м. Уклон дна осушителей принимают не менее 0,0003, а в условиях плоского рельефа местности - 0,0002. Поперечное сечение открытой сети обычно устраивают трапецеидальной формы. Минимальную ширину канала по дну принимают в зависимости от вида используемой строительной техники, например для экскаваторов обратная лопата - 0,4 м, для экскаваторов драглайн - 0,6 м. При углублении существующих каналов ширину по дну принимают равной полуторной длине ковша экскаватора. Устойчивое состояние откосов каналов зависит от вида грунтов и глубины канала. Значения коэффициентов заложения откосов т канала, обеспечивающих их устойчивое положение, зависят от глубины каналов и вида грунтов. Например, при H до 1,5м т = 1-2, при Н 1,5-2,5м т= 1,5-2,5, при H свыше 2,5 м m = 1,5-3,5. При этом меньшие значения коэффициентов заложения откосов соответствуют каналам, устраиваемым в устойчивых связных и полусвязных грунтах, большие значения соответствуют каналам, устраиваемым в неустойчивых, оплывающих грунтах (пески пылеватые, сапропели и др.).

В процессе рекультивации стараются сохранить существующие проводящую и ограждающую сети. Учитывая, как правило, неудовлетворительное состояние сетей, их расчищают от завалов и обрушений, планируют откосы и углубляют каналы.

Все картовые переезды и временные гидротехнические сооружения на магистральных и валовых каналах разбирают. Взамен их строят постоянные. Затем вручную или специальными машинами сводят древесно-кустарниковую растительность вдоль водоприемника и магистрального канала. Бульдозером разравнивают отвалы грунта, расположенные вдоль каналов.

Переустройство осушительной сети при рекультивации выработанных фрезерных полей особых затруднений не вызывает. Площади уже осушены, проходимость землеройной техники обеспечена. Обычно земляные работы начинают с углубления или расчистки водоприемника и магистрального канала. Затем углубляют или прочищают проводящую сеть второго порядка - валовые каналы или коллекторы. И в последнюю очередь нарезают регулирующую сеть - осушители. При этом руководствуются следующим. При ровной поверхности выработанных фрезерных полей целесообразно засыпать один валовой канал с целью удлинения осушителей до 1000 м. При наличии вдоль магистральных и коллекторных каналов несработанных подштабельных полос или кавальеров минеральной выкидки грунта эти каналы засыпают при разравнивании подштабельных полос и кавальеров, а затем параллельно засыпаемым на расстоянии 50-100 м нарезают новые. Если картовые каналы имеют малую глубину - до 0,5-0,8 м и ширину по дну до 1 м и вдоль бровок расположены кавальеры минерального грунта, то в таких случаях все старые картовые каналы засыпают, а затем нарезают новые осушители.Переустройство осушительной сети на площадях выработанных торфяных карьеров экскаваторным и гидравлическим способами добычи из-за сильной их изрытости и обводненности нельзя выполнить в той же последовательности, как фрезерных полей. Способ строительства осушительной сети и разравнивания перемычек при проведении технической рекультивации карьеров торфа основан на использовании обычной строительной и мелиоративной техники и сводится к поэтапному выполнению строительных работ. Первоначально выполняют предварительное осушение территории карьера за счет строительства временной осушительной сети, которая обеспечивает сброс воды с карьеров, и проводят работы по разравниванию перемычек и недоборов. Затем строят постоянную регулирующую сеть каналов, обеспечивающую норму осушения для заданных конкретных условий.

Схема устройства временной осушительной сети на площадях выработанных торфяных карьеров машиноформовочным способом показана на рисунке 5. При предварительном осушении по периметру карьера отрывают каналы или используют построенные ранее в период добычи торфа каналы-осушители, обеспечивающие отвод воды в водоприемник и используемые впоследствии как постоянные. Далее между постоянными каналами вдоль продольных перемычек устраивают временные осушители, также связанные с водоприемником. Перпендикулярно осушителям в шахматном порядке прокапывают поперечные прокопы длиной, равной половине расстояния между временными осушителями, а расстояние между поперечными прокопами принимают равным расстоянию между поперечными перемычками.

L=100M

Рис. 5. Схема расположения временной осушительной сети в карьере экскаваторного способа добычи торфа

а - план карьера; б - поперечное сечение карьера; 1 - постоянный осушитель; 2 - временный осушитель; 3 и 4 - продольные и поперечные перемычки; 5 - временные прокопы; l и l₁ - расстояния между продольными и поперечными перемычками; b_п, h_п - ширина и высота продольной перемычки; А - глубина временного прокопа в продольной перемычке; а - заглубление временного прокопа ниже дна карьера; Л_ср - глубина срезки перемычек при разравнивании по поверхности карьера; b'„ и b_п - ширина продольной и поперечной перемычек; А, - глубина за сыпки временных прокопов; L - расстояние между постоянными каналами-осушителями, по строенными в период добычи торфа

Поперечное сечение каналов временной осушительной сети имеет трапецеидальную форму, выполненную шириной по дну 0,4-0,6 м, и заложение откосов т = 0,25-0,5. Прокопы в продольных перемычках заглубляют на 0,5 м ниже дна карьера. Постоянную регулирующую сеть возводят с учетом образующейся поверхности после разравнивания перемычек и недоборов грунта в карьере

Третий этап технической рекультивации выработанных месторождений - выполнение культуртехнических работ. Их основная задача - расчистка площадей от древесно-кустарниковой растительности. Расчистка, как правило, заключается в корчевании, срезке, фрезеровании и запашке.

Корчевание состоит из очистки рекультивируемых участков от кустарников и пней вместе с корнями корчевателями, экскаваторами и бульдозерами. При корчевании вместе с корнями удаляется достаточно большое количество торфа, что является существенным недостатком корчевания. Чтобы избежать потерь торфа, выкорчеванную массу 2-3 недели подсушивают, а затем отряхивают от торфа путем перемещения подсушенной массы бульдозером. Далее выкорчеванный древесный материал собирают в валы, а затем вывозят за пределы рекультивируемой площадки на уничтожение или на дрова. Образовавшиеся при отряхивании кучи торфа разравнивают бульдозером по всей площади или подсыпают в места выклинивания минерального грунта и там разравнивают.

При расчистке площадей от древесно-кустарниковой растительности, состоящей из неивовых пород, деревья диаметром стволов до 0,2 м срезают кусторезами или бульдозерами, а корневую систему выкорчевывают корчевателями или запахивают кустарниково-болотными плугами. В этом случае увеличивается производительность, сохраняются торф и гумусовый горизонт и можно работать в зимний период по снежному покрову толщиной до 0,3 м.

Сведенную древесно-кустарниковую растительность при корчевании или срезке сгребают кустарниковыми граблями в валы, размещаемые параллельно на расстоянии 100-150 м друг от друга. При сгребании допускаются потери мелких остатков древесины (3-4 %).

Площади от древесно-кустарниковой растительности расчищают фрезерованием мелиоративной машиной МТП-42, предназначенной для глубокого фрезерования торфяной залежи и измельчения древесно-кустарниковой растительности до размера, не превышающего 0,2 м, с заделкой ее в почву на глубину до 0,4 м. После фрезерования площади вспахивают с целью заделки оставшихся древесных остатков. Преимущество фрезерования состоит в том, что после него получают готовое поле для сельскохозяйственного использования. Следует отметить, что заделываемая измельченная древесина вводится в баланс органического вещества почв рекультивируемых площадей, однако при большом количестве снижает плодородие за счет изъятия части азота из почвы для разложения древесины.

После фрезерования поверхность торфяного поля прикатывают водоналивными катками с целью предотвращения ветровой эрозии и создания лучшего водного режима.

При зарастании рекультивируемых площадей кустарником высотой до 6 м и диаметром стволов у корневой шейки до 0,09 м расчистку выполняют запашкой кустарника кустарниково-болотными плугами под пласт. Количество незаделанных древесных остатков на поверхности не должно превышать 1 %. Требуется 3-4 года для перегнивания запаханной древесины, в течение которых ее нельзя перепахивать. При этом способе исключены такие операции, как сбор древесины в валы, вывоз и уничтожение ее.

В отдельных случаях древесную растительность сводят вручную, в частности при рекультивации торфяных карьеров.

Древесину, извлеченную из залежи в процессе добычи торфа, а также порубочные остатки древесины и пни из валов используют в качестве твердого топлива. В противном случае древесину сжигают на месте или вывозят на минеральные земли и там сжигают, соблюдая правила пожарной безопасности, с ноября по март.

При рекультивации площадей выработанных месторождений торфа под залесение по согласованию с лесхозами сведенную древесную растительность оставляют на месте, предварительно утрамбовав ее тракторами.

Наиболее дорогостоящая и трудоемкая работа - выравнивание рекультивируемой поверхности, которую выполняют в два этапа.

Первый этап - грубое выравнивание, включающее срезку подштабельных полос, засыпку старой осушительной сети на фрезерных полях, разравнивание продольных и поперечных перемычек и дамб торфяных карьеров, засыпку ям, старых пожарных водоемов, западин и глубоких понижений. Грубое выравнивание выполняют бульдозерами после проведения осушительных работ.

Второй этап - качественное выравнивание поверхности, способствующее улучшению организации поверхностного стока, обеспечению равномерности увлажнения верхнего слоя почвы, улучшению условий применения широкозахватной и скоростной сельскохозяйственной техники. Качественное выравнивание поверхности выполняют длиннобазовыми планировщиками, которыми засыпают понижения глубиной до 0,25 м и шириной до 20-30 м, после первичной обработки площадей в сочетании со вспашкой, дискованием и прикатыванием.

3. Биологическая рекультивация выработанных месторождений торфа

Биологическую рекультивацию выработанных месторождений торфа выполняют после проведения технической рекультивации. Она включает первичную обработку почвы, выбор предварительных культур для посева, внесение химических мелиорантов и удобрений.

Предварительная обработка способствует сохранению и накоплению влаги, очищению почвы от сорной растительности, регулированию водного и питательного режимов, усилению аэрации, активации биологических процессов, разложению вредных соединений. В состав операций первичной обработки входят вспашка, дискование, фрезерование и прикатывание. Вначале проводят плужную вспашку с последующей разделкой пласта дисковой бороной. Качество разделки пласта зависит от угла атаки дисковых батарей, направления перемещения бороны относительно разделываемого пласта и глубины вспашки.

В случае неглубокой вспашки пласт разделывают под небольшим (8-10^о) углом атаки дисковых батарей, а дискование проводят сначала вдоль пласта, чтобы исключить извлечение древесных остатков и дернины на поверхность, а затем под некоторым углом к основному направлению пласта для выравнивания поверхности. При глубокой вспашке пласт разделывают под большим (до 90^о) углом атаки дисковых батарей, а дискование проводят диагонально- перекрестным способом перемещения дисковой бороны.

Дискование болотно-торфяных почв начинают спустя 3-5 сут после вспашки, а на минеральных участках - вслед за вспашкой.

На мелкозалежных торфяных почвах более рациональный способ первичной обработки - фрезерование. Оно способствует сохранению органического вещества торфяной залежи, не нарушает естественного распределения биологической активности по слоям торфа.

После первичной обработки почвы рекультивируемые площади прикатывают до посева или после посева с целью уплотнения и выравнивания поверхности для равномерной заделки семян по глубине. Кроме того, прикатывание способствует увлажнению пахотного слоя торфа за счет капиллярного подпитывания из нижних слоев почвы, предотвращая иссушение верхнего слоя. В качестве предварительных культур рекомендуют возделывать овес, корнеплоды, картофель, озимую рожь, горохоовсяную смесь, люпин. Выбор предварительных культур определяется потребностью в них хозяйств, почвенно-климатическими условиями района, степенью разложения торфа. При возделывании предварительных культур происходят усадка и уплотнение торфа, усиливаются микробиологические процессы и минерализация его.

Придонный слой торфа многие столетия находился в анаэробных условиях, и поэтому процессы разложения органического вещества и накопление подвижных форм элементов питания в первые годы освоения протекают медленно. Источником питания в этот период для растений являются в основном вносимые минеральные и органические удобрения. Дозы минеральных удобрений зависят от сроков и способов их внесения, планируемой урожайности, обеспеченности почвы элементами питания, коэффициента использования растениями питательных веществ из удобрений, биологических особенностей культур. Для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур на выработанных торфяниках в качестве минеральных рекомендуют вносить калийные удобрения. Минеральные удобрения вносят в почву как осенью под озимые, так и ранней весной в подкормку или при посеве. Средние нормы калийных удобрений при окультуривании 1 га выработанных площадей торфяных месторождений составляют под однолетние и многолетние травы 180 - 240 кг, под корнеплоды и клубнеплоды - 200-240 кг, под зерновые и бобовые культуры - 150-180 кг. Органические удобрения вносят в зависимости от мощности остаточного торфа, но не менее 30-40 т на 1 га рекультивируемой площади.



Лекция 7

Тема: Рекультивация и обустройство нарушенных земель свалками и полигонами ТБО

Основное содержание:

1. Рекультивация нарушенных земель свалками

2. Рекультивация и обустройство полигонов ТБО

3. Сравнительный анализ рекультивации земель: Российский и Британский опыт

4. Нормативные аспекты рекультивации земель

1. Рекультивация нарушенных земель свалками

Все большие города мира построены на свалках. Отходами быта и производства заваливали ближайшие овраги, а по мере роста городов строительство начинали на этих территориях. Неконтролируемый вывоз отходов приводил и приводит к загрязнению подземных и поверхностных вод, прилегающих земель, повышенному содержанию в воздухе метана и других продуктов гниения, размножению крыс и мух, распространяющих инфекционные болезни.

На человека приходится в среднем от 0,5 кг твердых бытовых отходов (ТБО) в развивающихся и до 2 кг в день в промышленно развитых странах. Учитывая, что темпы роста населения в развивающихся странах составляют в среднем 5 % в год, а в Западной Европе города практически слились с селами, проблемы урбанизации, в том числе и проблемы отходов, будут обостряться и в будущем.

Практически во всех промышленно развитых странах мира подавляющее количество образующихся отходов продолжают вывозить на свалки или на так называемые полигоны. Например, в СНГ на свалки вывозят около 97% образующихся отходов в городском хозяйстве, в Великобритании - 90, в Канаде - 80, в Италии - 71, в США - 67, в Испании - 65 %.

Обезвреживание и захоронение отходов на свалках и полигонах в первую очередь сопряжено с отчуждением больших территорий, с высокими транспортными расходами, с негативным воздействием отходов на окружающую среду и нарушением ландшафта.

По отношению к вмещающим породам и окружающим почвам свалка является резкой техногенной геохимической аномалией. В свалочном грунте характерно присутствие накоплений элементов таких как: серебро, вольфрам, молибден, никель, медь, свинец и другие элементы. Техногенные грунты свалок имеют аномальные геофизические характеристики (удельное электрическое сопротивление от 0,2 Ом * м/м³ в водонасыщенном состоянии до 20 Ом * м/м³ при естественной влажности); аномальные инженерно-геологические характеристики (средняя плотность 0,6 - 0,8 т/м³, пористость 60 - 70 %, влажность 20 - 60 %), неоднородные фильтрационные свойства (Kf = 0,1 - 1,5 м/сут), водоотдачу (5 - 10 %). В толще свалки формируется техногенный водоносный горизонт. Как правило, наблюдается заметное превышение уровней техногенного горизонта над уровнями нижележащих водоносных горизонтов, что связано с наличием в подошве свалки слабопроницаемого слоя, образовавшегося вследствие скопления тонкодисперсных фракций грунтов, и значительным инфильтрационным питанием по площади свалки. Инфильтрационное питание является основной статьей баланса техногенного горизонта, достигающей 60 % суммы атмосферных осадков.

Инфильтрация - это ведущий фактор, влияющий на интенсивность протекания физико-биологических процессов в толще свалки и определяющий количество образующегося фильтрата и биогаза в анаэробной зоне свалки мощностью 10 м и более. Фильтрат образуется в результате протекания процессов деполимеризации, сбраживания, гумификации органического вещества, и других процессов. В итоге получается уникальный по своей токсичности раствор с минерализацией до нескольких десятков граммов на 1 л, содержанием ионов аммония и хлора, других макрокомпонентов до нескольких граммов на 1 л, высокими концентрациями тяжелых металлов (цинк, свинец, никель, хром, кадмий и др.). Основные органические соединения фильтрата - это соединения смешанных рядов, ароматические, ациклические карбоксильные соединения всех классов опасности. Наиболее опасны загрязнения органического происхождения, оцениваемые химической потребностью в кислороде (ХПК) и концентрацией взвешенных органических веществ (С_орг), которые в фильтрате достигают высоких значений (ХПК до 6 г О₂ на 1 л и С_орг до 5 г/л), тогда как в городских сточных водах эти показатели достигают на порядок меньших значений, например ХПК до 0,1 - 0,6 г О₂ на 1 л и С_орг до 0,1 - 0,3 г/л.

Биогаз образуется в результате жизнедеятельности метанобразующих бактерий и сопровождается выделением тепла, поддерживающего температуру 30 - 40 °С в толще отходов. В результате внутреннего разогрева отходов увеличивается проницаемость подстилающих свалку глинистых пород, а на поверхности свалки формируются температурные аномалии, имеющие необычный для природных систем мозаичный характер. Биогаз, или, как его называют, свалочный газ, представляет собой экологически опасную смесь метана, диоксида углерода, сероводорода, окислов азота, водорода и др. При выходе биогаза на поверхность достаточно часто он возгорается, вызывая крупные пожары на свалках, сопровождающиеся образованием других отравляющих химических веществ.

Формирование загрязнения подземных вод на участках размещения свалок объясняется снижением их окислительно-восстановительного потенциала за счет проникновения в подземные горизонты вместе с фильтратом неокисленных органических веществ. Они потребляют кислород подземных вод на свое окисление и различные химические трансформации, формируя при этом околонейтральные бескислородные бессульфидные воды.

Тип загрязнений подземных вод характеризуется присутствием в этих водах неорганических ингредиентов в концентрациях, превышающих ПДК и относящихся к различным классам опасности. Кроме того, в подземных водах в высоких концентрациях присутствуют неокисленные органические вещества всех классов опасности. Миграция загрязняющих веществ в подземные горизонты сводится к прохождению ими серии геохимических барьеров. Например, в результате миграции загрязняющих веществ загрязняются горные породы основания свалки и грунтовые воды. Поверхностные воды, стекающие со свалки, в своем составе также несут загрязняющие вещества и при движении по прилегающим землям загрязняют почвы. Далее загрязняющие вещества, попадая в открытые водные объекты, ухудшают качество воды в них и накапливаются в донных отложениях. Схема миграции загрязняющих веществ от свалки показана на рисунке 6.

Рис. 6. Схема миграции загрязняющих веществ от свалок:

1 - свалочный грунт; 2, 5 - направления распространения веществ, загрязняющих почву; 3 - уровень воды; 4 - донные отложения; 6 - направление распространения загрязняющих веществ в горные породы и грунтовые воды; 7 - горные породы в основании свалки; 8 - поверхность земли; О - атмосферные осадки; Е - испарение влаги с поверхности свалки; Г- биогаз

Интенсивность накопления загрязняющих веществ в разных средах неодинаковая и изменяется в такой последовательности: горные породы - почвы - донные отложения. Уровни накопления загрязняющих веществ в этих средах тесно взаимосвязаны и увеличиваются во времени, а степень их накопления характеризуется суммарным показателем загрязнения Z_c, равным сумме отношений концентраций присутствующих загрязняющих элементов С₁... С_n к их фоновым содержаниям С_Ф1... С_фn:

Z_с=С₁С_ф1 + ... + С_n/С_фn.

На уровень загрязнения окружающей среды оказывают влияние концентрация загрязняющих веществ и продолжительность существования свалки. Наиболее отрицательное влияние свалка оказывает после 3 - 4 лет от начала эксплуатации и в первые 15 - 20 лет после ее закрытия.

Для уменьшения негативных воздействий свалок на окружающую среду необходима система природоохранных мероприятий на каждом этапе их функционирования.

Серьезный экологический ущерб окружающей среде наносят так называемые несанкционированные свалки - стихийно образовавшиеся или возникшие из-за непродуманной деятельности человека искусственные геологические образования (площадью не менее 0,5 га при мощности отложений не менее 1 м). В зависимости от направления последующего использования территорий, занятых несанкционированными свалками, принимают те или иные технические решения по их рекультивации.

Территории, занятые несанкционированными свалками, после их рекультивации могут быть использованы под жилую застройку, для создания коммунальной или промышленной зоны, а также для дорог, площадок и рекреационных целей. Эти условия определяют объемы работ рекультивации с учетом всех неблагоприятных факторов, сопутствующих свалкам: с полным или частичным удалением свалочного грунта и заменой его нормативно-чистым грунтом или без удаления с перекрытием его по верху нормативно-чистым грунтом. В соответствии с временными положениями о порядке работ по рекультивации несанкционированных свалок например в Москве (ТСН 11.301-97) гражданское строительство (жилые здания, детские и лечебные учреждения) без вывоза свалочного грунта не допускается.

Жилищное строительство может быть разрешено только после достижения в результате рекультивации нормативных показателей загрязненности грунтов и атмосферного воздуха.

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 загрязненности и уровень грунтовых вод. Мощность загрязненного грунта, подлежащего удалению в основании свалки наравне со свалочным, определяют сравнением степени загрязнения его с нормативными значениями.

Свалочные грунты удаляют на полигоны обезвреживания и захоронения отходов. Для выполнения этих работ используют одноковшовые экскаваторы и автосамосвалы. Удаляемые со свалки строительные отходы или нормативно-чистые подстилающие грунты могут быть использованы на различных земляных работах (для подсыпок, устройства изоляционных слоев на полигонах при захоронении твердых бытовых отходов и т. д.).

В случаях замены свалочного грунта завозят минеральный грунт. Завозимый грунт должен быть нормативно-чистым по бактериологическим, химическим и радиометрическим показателям. Техническими решениями предусматривают выполнение мероприятий по обеспечению санитарно-гигиенических и микробиологических условий и радиационной безопасности при организации и производстве строительных работ.

В соответствии с результатами санитарного обследования планируют истребительные мероприятия по дератизации (истреблению крыс, мышей и др.) и дезинсекции согласно требованиям инструкции по борьбе с мухами.

В процессе производства работ по разработке техногенного грунта могут быть вскрыты локальные аномалии с наличием на глубине радиоактивного загрязнения как в виде отдельных источников ионизирующего излучения, так и в виде радиоактивного загрязненного грунта.

Для обеспечения обнаружения радиоактивного загрязнения, попавшего на свалку в результате несанкционированных выбросов радиоактивных отходов, необходимо по мере выемки и вывоза мусора регулярно измерять мощность экспозиционной дозы (МЭД) гамма-излучения. Особенно это относится к свалкам, расположенным в пониженных местах: глубоких ямах, карьерах и т. п.

При вскрышных работах измерения проводят по всей обнажающейся поверхности свалки по сетке профилей через 2, 5, 10 м в зависимости от состава мусора: при наличии в мусоре деталей приборов и радиоаппаратуры, обломков лабораторной посуды и т. п. сеть профилей сгущают, при наличии бытового или строительного мусора ее можно разрядить. Измерения необходимо проводить по мере выемки мусора, но не реже одного раза в день. Измерения выполняют переносными радиометрами типа СРП-68-01 или СРП-88.