Организация работ по рекультивации и обустройству нарушенных земель

При глубоком залегании уровня грунтовых вод после выемки фунта в таких карьерах образуются высокие и сухие склоны, недостаточно устойчивые к эрозионным процессам. Внешний вид склонов и форма их очертания плохо удовлетворяют условиям формирования ландшафта водоема. После завершения работ в таких карьерах необходимы устройство плавных сопряженных плоскостей откосов и горизонтов выработки с естественной поверхностью земли и придание овальных форм береговой линии (рис.10).

Рис. 10. Карьерные разработки:

а - форма (прямоугольная) разработки карьера в плане;

Очертание откосов карьеров определяется их устойчивостью и возможностью использования выработанного пространства в качестве искусственного водоема. Для обеспечения устойчивости берегов водоема необходимо создание пологих склонов. Крутые склоны менее устойчивы и более подвержены эрозионным процессам, затруднено их озеленение, что препятствует интеграции карьера в структуру ландшафта.

Пологие склоны должны создаваться в процессе выемки грунта в карьере. Любая доработка по превращению крутых откосов в пологие после окончания работ в карьере значительно дороже. Особенно трудно дорабатывать пологие склоны ниже уровня воды. На форму очертания откосов карьера также влияет запланированное целевое использование его как водоема; например, для водоемов, предназначенных для купания и отдыха, рекомендуется создавать более пологие склоны по сравнению с водоемами, используемыми для рыбной ловли, гребно-парусного спорта или другого назначения. Возможные профили склонов искусственных водоемов в карьерах показаны на рисунке 11.

На границе водного пространства склоны должны быть особенно пологими, чтобы предотвратить несчастные случаи на воде и обеспечить развитие растительности, служащей для укрепления берегов. Крутизна берега в этом месте должна быть не менее т - 3-10^о на расстоянии не менее 1,5-2,0 м от минимального уровня воды в зависимости от целевого назначения всего водоема или его части. На большей глубине склоны могут иметь большую крутизну, оставаясь устойчивыми длительное время.

Выше уровня воды береговой склон переходит в берму, устраиваемую шириной не менее 3 м на высоте не менее 1 м над максимальным уровнем воды, которую затем сопрягают с естественной поверхностью земли.

Рис. 11. Возможные профили склонов искусственных водоемов, образуемых в карьерах (размеры в м):

а и б - высокий и невысокий надводные склоны выработки;

в - мелководный участок с подводным уступом и невысоким

По условиям производства работ в глубоких карьерах откосы, как правило, выполняют более крутыми, с заложением т ~ 1,5-2. В таких карьерах откосы, расположенные выше уреза воды, как правило, сухие, а при заложении т - 2 и более устойчивы по сравнению с откосами, имеющими заложение m = 1,5 и менее, при отсутствии на них сплошной древесной растительности.

Поэтому откосы в глубоких карьерах, расположенные выше уреза воды, должны иметь заложение т = 2 и более, а при большой протяженности их прерывают бермами шириной не менее 3 м через каждые 5 м по высоте склона.

Верхние края выемок на всех склонах округляют для плавного перехода в естественную поверхность земли.

Склоны, которым придана окончательная форма, покрывают слоем почвенного грунта, снятым перед началом разработки карьера, толщиной не менее 0,15 м. Почвенным грунтом покрывают и подводные склоны в местах высадки водной растительности.

После завершения формирования откосов и нанесения на них почвенного слоя проводят работы по озеленению с целью укрепления откосов (посадка растительности на линии уровня воды, а также и на высоких крутых склонах). В противном случае возможны эрозия и разрушение откосов под ударами волн. Фрагмент рекультивации и обустройства водоема, образованного в карьере, показан на рисунке 12.

Рис. 12. Внешний вид водоема, образованного в карьере после проведения его рекультивации и обустройства и территории: акватория водоема, 2 - залужение, 3- древесно-кустарниковая растительность

При выемке грунта в карьерах землесосными снарядами образуются крутые откосы с заложением, равным откосам естественного обрушения. Формирование береговых откосов проектных размеров и заложения землесосными снарядами практически невозможно. Поэтому при формировании откосов проектных размеров с учетом последующего использования выработанного пространства в качестве водоема грунт в береговой зоне вынимают экска ваторами, перемещая пригодный грунт в зону последующей разработки части карьера землесосными снарядами (рис. 13).

Рис. 13. Формирование пологих береговых откосов при выемке грунта землесосами в мокрых карьерах:

А - формирование пологого откоса экскаватаром, б - нанесение слоя почвенного грунта перед повышением уровня воды

1 - формируемый пологий откос, 2- уровень грунтовых вод, 3- вынутый минеральный грунт при формировании пологого откоса экскаватором, 4- экскаватор, 5- временный кавальер почвенного грунта, 6- бульдозер, 7- частичное понижение уровня грунтовых вод в пределах забоя экскаватора, 8- нанесение слоя почвенного покрова на сформированный откос, 9 - часть грунтового массива, разрабатываемого земснарядом

При выемке грунта в карьере экскаваторами можно получить береговые откосы практически любых размеров и заложения.



3. Формирование растительного покрова на отвалах и искусственных водоемах

Наиболее удобный и дешевый вид освоения рекультивируемых территорий отвалов - лесохозяйственное. Лесная рекультивация доминирует в большинстве стран. На первых этапах рекультивации важно быстро озеленить отвалы и устранить вредное влияние их на окружающую среду. Озеленять отвалы можно еще до начала укладки складируемого материала. Территорию, отводимую под отвал, окаймляют полосой насаждений. При складировании отходов, препятствующих росту растительности, и невозможности создания плодородного слоя почвы, например отвалы пустой породы при добыче калийных солей и других полезных ископаемых, полоса насаждений является единственной возможностью обустройства таких отвалов. Полоса насаждений по периметру отвала эффективна лишь при ее ширине не менее 5 м.

При лесохозяйственной рекультивации на первых этапах используют быстрорастущие породы: тополя и ивы. Приживаемость и рост лесных пород зависят главным образом от гранулометрического состава породы и ее рН. Оптимальное значение рН: для хвойных пород - 4,5-6,0 и для лиственных - 6,0-7,5. По гранулометрическому составу породы распределяются в следующей убывающей по плодородию последовательности: суглинки - глины - пески. Опыт облесения отвалов показывает, что посев древесных пород семенами непригоден. Наиболее рациональна посадка лиственных пород однолетними саженцами, а хвойных пород - двулетними. Виды пород подбирают экспериментально. Породы лесных культур, используемых для облесения отвалов, представлены в таблице 12.



Таблица 12. Виды лесных пород, используемых для облесения отвалов зависимости от пригодности территории к биологическому освоению, токсичности грунтосмеси и назначения лесных культур

Оценка пригодности территории к биологическому освоению	Преобладающий тип грунтосмеси по токсичности	Назначение лесных культур	Лесные породы
			главные	сопутствующие	кустарники
Полностью пригодные	Потенционально плодородные не токсичные	Хозяйственно-мелиоративное	Дуб черешчатый, лиственница сибирская, сосна обыкновенная, береза бородавчатая, тополя	Липа мелколистная, груша лесная, ольха серая, клен остролистный, вяз обыкновенный	Вишня степная, лещина, смородина золотистая, жимолость татарская, боярышник, ивы, акация желтая, клен татарский, терн
Пригодные	Малотоксичные	Хозяйственно-мелиоративное	Сосна обыкновенная, тополя, береза бородавчатая	Ольха серая, вяз обыкновенный, клен татарский и ясенелистный (на склонах)	Вишня степная, лещина, смородина золотистая, жимолость татарская, боярышник, ивы, акация желтая, клен татарский, терн
Малопригодные	Среднетоксичные	Мелиоративно-подготовительное*	Тополя, береза бородавчатая, ольха серая	Ольха серая, акация желтая	Смородина золотистая
Непригодные	Сильнотоксичные	--	--	--	--

* Посадка возможна только после химической обработки.

Если создать мощный покровный слой невозможно и сам материал, образующий рекультивируемую поверхность, должен стать субстратом для растений, то возникают биолого-экологические проблемы озеленения таких земель. Для этого проводят мероприятия по активации бедной почвы. Процесс восстановления почвенного покрова в естественных условиях длится от нескольких десятков лет до многих веков, поэтому приходится сжимать его до короткого промежутка времени.

Предварительное условие успешной активации бедной почвы - тщательное изучение местных условий и оценка факторов, препятствующих развитию растений. Следовательно, для этого необходимы подробные химические и биологические предварительные исследования, после чего принимают целенаправленные меры по улучшению условий для развития растений, которые можно подразделить на три группы: улучшение физической структуры бедной почвы; улучшение химических условий для роста растений; биологическая активация.

Перечисленные мелиоративные мероприятия направлены на обеспечение растений достаточным количеством питательных веществ и на устранение всех факторов, препятствующих их развитию.

На уплотненных почвах целесообразно механическое рыхление в сочетании с заделкой в почву вносимых удобрений и химических мелиорантов. Последние связывают содержащиеся в почве токсичные элементы и вещества; уменьшают избыточную кислотность или, что бывает реже, избыточное содержание оснований; мобилизуют имеющиеся и вносят недостающие питательные вещества.

После создания достаточно гармоничных почвенных условий повышают биологическую активность за счет внесения в почву гумуса и почвенных бактерий или мульчирования органическими и неорганическими материалами.

Мелиоративные мероприятия (химические, физические и биологические) являются лишь подготовкой к озеленению, определяемому принципами фитосоциологии. Растительность на бедных почвах развивается по определенным стадиям, конечной из которых является лес.

Деревья и кустарники, водные растения и тростник способствуют восстановлению полноценной и стабильной природной среды и обеспечивают долговременную защиту берегов и откосов от разрушения. Правильное расположение растительного покрова способствует поддержанию чистоты воды в водоеме и достижению живописного и разнообразного пространственного расчленения прибрежной территории. Примеры возможного озеленения искусственных водоемов показаны на рисунке 13.

После завершения мокрой выемки грунта и проведения работ по рекультивации и обустройству карьер превращается в непроточный водоем искусственного происхождения. В зависимости от сезонного колебания уровня воды в искусственных водоемах и размеров береговых склонов можно вы делить четыре пояса, характеризующиеся различными условиями для развития растительности:

1. Подводный пояс - часть берегового склона, постоянно покрытая водой.

2. Пояс переменного уровня - часть берегового склона, периодически затопляемая водой водоема. Степень увлажненности почв в этом поясе меняется в зависимости от сезонного колебания воды в водоеме и наката волн.

3. Первый надводный пояс - часть берегового склона, расположенная выше максимального уровня воды в водоеме, почвы которого недосягаемы воздействию наката волн, но находятся под влиянием воздействия капиллярного поднятия грунтовых вод.

4. Второй надводный пояс - часть берегового склона, расположенная выше первого надводного пояса, почвы которого недосягаемы воздействию грунтовых вод.

Размеры каждого из поясов определяются природными условиями конкретного объекта рекультивации.

Особое внимание при выполнении работ по закреплению береговых склонов карьера озеленением необходимо придавать формированию растительного покрова в поясе переменного уровня воды, так как эта зона наиболее подвержена воздействию волн. Озеленение в этой зоне выполняют, применяя специальные методы формирования ландшафта, создавая в первую очередь полосу тростника в прибрежной зоне, которая обеспечивает требуемую естественную защиту берега, создает условия для биологической регенерации водоема и формирует среду обитания для водоплавающих и болотных птиц. Ширина тростниковой полосы зависит от крутизны берегового склона. Более широкую полосу тростника формируют на пологих склонах. На крутых подводных откосах тростник выращивают на узкой полосе. Как правило, при создании защитной зоны из тростника растения высаживают на узкой прибрежной полосе у кромки воды, откуда тростник распространяется в обе стороны, но более интенсивно - в сторону воды.

Часть берегового склона, расположенную выше уровня воды, закрепляют инженерно-биологическим способом - укладкой хворостяных прутьев в виде выстилок с последующей присыпкой слоем почвенного грунта. Впоследствии хворостяные прутья, находясь в зоне действия грунтовых и поверхностных вод, прорастают, образуя заросли прибрежного ивняка.

Береговой склон, расположенный выше зоны прибрежного ивняка, крепят залужением - посевом трав по слою нанесенного по верху склона почвенного грунта и посадкой отдельных деревьев. При недостаточном количестве питательных веществ в почвах, образованных после разработки песчаных и гравийных карьеров, низкое расположение уровня грунтовых вод ограничивает выбор видового состава. В качестве посадочного материала используют саженцы дуба и березы. Водой в этом поясе растения снабжаются лишь за счет поверхностных вод атмосферных осадков. Примеры закрепления береговых склонов искусственных водоемов озеленением по казаны на рисунке 14.

Рис. 14. Примеры закрепления береговых склонов искусственных водоемов озеленением: рекультивация неглубоких, средней глубины и глубоких карьеров;

1 - тростник; 2 - дернина; 3 - ивняк; 4 - отдельные деревья; 5 - древесно-кустарниковые насаждения

4. Рекультивация гидроотвалов

Большие объемы работ по намыву отвалов выполняют при гидровскрыше карьеров грунта и полезных ископаемых, при очистке от наносов каналов, отстойников и водоемов в мелиорации и водном хозяйстве, при разработке россыпных месторождений дражным способом. Предприятия лесной, бумажной, горнодобывающей и химической промышленности и энергетики в результате своей деятельности образуют достаточно большие объемы отходов, называемые шламами (зола, шлак, отходы газоочистки, хвосты горнообогатительных фабрик, содовые, соляные и другие отходы химических предприятий). Эти отходы удаляют в большинстве случаев с водой в виде пульпы в специальные отстойники, называемые шламонаполнителями и хвостохранилищами. Отвалы, образуемые намывным способом, называют гидроотвалами. Различают два вида гидроотвалов - отвалы, которым не требуется придавать в процессе формирования определенной конфигурации, и отвалы, намываемые по проектному профилю. В первом случае это гидроотвалы, устраиваемые путем свободного выпуска пульпы в водоем (старицу, озеро, море) или в овраг. Если такой возможности нет, то отвалы располагают на ровной или слабопонижающейся местности по берегам водных объектов, вблизи устраиваемых выемок или невдалеке от обогатительных предприятий (рис. 15).

Рис. 15. Схема намыва гидроотвала:

1 - дамба первичного обвалования; 2 - отводной канал; 3 - отводная труба; 4 - колодец для сброса осветленной воды; 5 -намываемый материал; 6 - деревянные опоры; 7 - распределительный пульпопровод; 8 - пляж намыва; 9 - прудок-отстойник; 10 - дамбы попутного обвалования

Перед укладкой складируемого материала в гидроотвалы, намываемые по определенному профилю, снимают плодородный слой почвы и слой потенциально плодородного грунта с поверхности участка, отводимого под отвал, землеройно-транспортными машинами с перемещением во временные отвалы. При создании гидроотвалов в оврагах предусматривают устройство сооружений для отвода поверхностных вод, поступающих с поверхности водосбора в процессе производства работ по формированию гидроотвала.

Формирование гидроотвалов проектного профиля требует устройства ограждающих дамб, предотвращающих произвольное растекание пульпы в процессе намыва. При формировании гидроотвалов на ровной местности территорию по периметру отвала ограждают дамбами первичного обвалования высотой 0,7-1,5 м, возводимыми из минерального грунта, забираемого в основании отвала. Территорию гидроотвалов, устраиваемых в оврагах, также ограждают дамбой тех же размеров, возводимой поперек оврага с низовой стороны. По мере заполнения гидроотвала дамбы обвалования постепенно наращивают по высоте, используя намывной в гидроотвал материал, если он удовлетворяет строительным требованиям. В противном случае для этих целей необходимо запастись минеральным грунтом, который забирают из карьера в пределах контура подошвы возводимого гидроотвала в объеме, достаточном для возведения ограждающих дамб в процессе намыва отвала до проектных размеров.

Гидравлическую укладку материала в отвалы производят сосредоточенным или рассредоточенным выпуском пульпы из распределительных пульпопроводов, размещаемых на опорах или эстакадах.

Осветленную воду из прудка-отстойника сбрасывают через шахтный колодец, устраиваемый в середине гидроотвала.При формировании гидроотвала из мелкозернистого грунта с большим содержанием глинистых частиц и сбросе при этом осветленной воды в источник водоснабжения необходимо сбрасываемую воду повторно отстаивать, пропуская ее через дополнительные карты-отстойники, которые устраивают в пределах гидроотвала.

При намыве отходов в шламонакопители или хвостохранилища добиваются полного осаждения намываемых шламов, а сбрасываемую осветленную воду желательно использовать для повторного перекачивания шламов по системе оборотного водоснабжения (рис. 16).

В практике производства вскрышных работ способом гидромеханизации гидроотвалы занимают достаточно большие площади (от десятков до сотен гектаров) и достигают высоты в несколько десятков метров. Например, Стрелецкий гидроотвал Семилукских карьеров занимает площадь свыше 38 га и имеет высоту 30 м.

Рис. 16. Схема намыва хвостов горнообогатительной фабрики в гидроотвал: 1 - дамбы обвалования, выполняемые из минерального грунта; 2 - насосный агрегат системы оборотного водоснабжения горнообогатительной фабрики; 3 - приемный колодец осветленной воды; 4 - водоотводная труба; 5 - колодец для сброса осветленной воды из прудка-отстойника; 6 - намытый материал; 7 - распределительный пульпопровод, размещаемый на низких деревянных опорах; 8 - пляж намыва; 9 - прудок-отстойник

Одна из возможных схем рекультивации гидроотвала суглинистого грунта для целей сельскохозяйственного или рекреационного использования показана на рисунке 17. После завершения работ по намыву грунта в верхней части отвала формируется территория, по периметру огражденная дамбами обвалования и представляющая в поперечном сечении пляжную часть, состоящую из трех зон. Первая зона шириной 25-30 м, примыкающая к дамбам обвалования, образуется с уклоном до 0,03. Эта полоса достаточно быстро осушается, и через 3-4 сут после прекращения намыва по ней можно перемещаться. Вторую зону шириной 20-25м формируют с уклоном 0,01-0,015. Консолидация грунта на этой полосе происходит в течение большого периода времени (5-8 сут) с образованием на поверхности трещин. Третья зона, окаймляющая отстойный пруд, почти горизонтальная, с повышенной влажностью намывного грунта. Общая длина пляжа от обвалования до отстойного пруда должна быть не менее 60 м. Обычно при намыве отвалов суглинистых грунтов пляжная часть составляет 42 % намываемой территории, 48 % - отстойный пруд, 10 % - дамбы обвалования.

Рис. 17. Пример рекультивации гидроотвала вскрышного грунта: 1 - намывной грунт; 2 - сбросной колодец, дооборудованный до шахтного водосброса; 3 - водоотводящая труба; 4 - водоотводной канал; 5 - береговая водоохранная зона; 6 - прудок-отстойник; 7 - рекультивированная территория для сельскохозяйственного использования; 8 - древесно-кустарниковые насаждения; 9 - залужение внешних откосов дамб обвалования

После завершения работ по намыву гидроотвала рекультивируют внешние откосы дамб обвалования. Для этого вначале на внешние откосы дамб обвалования и промежуточные бермы отсыпают плодородный слой почвы толщиной около 0,1-0,15 м. С целью предотвращения водной эрозии сформированных валиков откосов промежуточным бермам придают незначительный поперечный уклон в сторону подножья откосов. Затем на откосах сеют дернообразующие травы, а по краям берм высаживают древесно-кустарниковую растительность на расстоянии 5-6 м друг от друга.

После этого приступают к рекультивации пляжной части.

Рекультивацию пляжной части и прудка-отстойника осуществляют с учетом последующего комплексного использования намытой территории: сельскохозяйственного, природоохранного и водохозяйственного назначения.

После подсушки намытого грунта приступают к рекультивации пляжной части в пределах первой и второй зон намывной поверхности.

Прудок-отстойник преобразуют в водоем. Для этого водосбросной колодец дооборудуют в шахтный водосброс.

Пополняют водоем свежей водой за счет поступления поверхностных вод, собираемых с водосборной площади гидроотвала.

Схема рекультивации хвостохранилища для последующего сельскохозяйственного использования показана на рисунке 18.

Рис. 18. Схема рекультивации хвостохранилища для сельскохозяйственного использования: 1 - намытые хвосты; 2 - заполненный грунтом водопроводящий тракт, предназначавшийся для отвода осветленной воды из прудка-отстойника в систему оборотного водоснабжения; 3 - рекультивируемые внешние откосы дамб обвалования залужением и посадкой древесно-кустарниковой растительности на каждом ярусе; 4 - плодородный слой почвы; 5 - потенциально плодородный слой грунта; 6 - травянистая растительность; 7 - древесно-кустарниковая растительность

Материалы, намываемые в золоотвалы, шлаконакопители и хвостохранилища, как правило, токсичны. Поэтому рекультивация таких отвалов прежде всего необходима с санитарно-гигиенической точки зрения. Водная и ветровая эрозия этих отложений приводит к загрязнению окружающей среды. После заполнения хвостохранилища до проектного объема намытый материал обезвоживают, опорожняя прудок-отстойник от воды, разравнивания дамбы обвалования. Гребню хвостохранилища придают незначительный уклон от середины к краям для обеспечения плавного отвода поверхностных вод.

Такие отвалы самозарастают крайне медленно, что связано с ограниченностью азота и неустойчивостью водного режима.

На поверхность золоотвалов тепловых электростанций наносят плодородный слой почвы мощностью 0,1 - 0,5 м с внесением больших доз удобрений для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Шлаконакопители металлургических заводов и хвостохранилища обогатительных фабрик из-за содержания токсичных соединений вначале экранируют слоем потенциально плодородного грунте мощностью 1-1,5 м, а затем сверху экрана наносят плодородный слой почвы толщиной 0,4-0,5 м.

Внешние откосы дамб обвалования рекультивируют по общепринятой схеме залужения откосов и посадки древесно-кустарниковой растительности.



Лекция 10

Тема: Рекультивация земель, нарушенных при подземных горных работах

При добыче полезных ископаемых земли нарушаются не только за счет создания на них породных отвалов, шламохранилищ и хвостохранилищ, но и образования вследствие подземной разработки месторождения отрицательных форм рельефа земной поверхности в виде провалов, прогибов, воронок, углубления рельефа и т. д.

При разработке крутопадающих (свыше 45^о) штокообразных залежей с обрушением кровли образуются кольцевые провалы, пластовых залежей средней и большой мощности (более 1,5 м) крутого падения - каньонообразные провалы, а при разработке пластовых залежей при горизонтальном и пологом (до 27^о) залегании пластов - котловинные провалы.

Кольцевые и каньонообразные провалы достигают 5-15 м глубины, котловинные - 1,5-5 м.

При разработке пластовых залежей малой и средней мощности горизонтального и волнистого залегания пологого падения с обрушением кровли образуются западинные прогибы глубиной до 1,5 м.

Восстанавливают отрицательные формы рельефа засыпкой образовавшихся понижений с проведением комплекса планировочных работ.

Для засыпки понижений могут быть использованы рыхлые отложения, коренные породы, добытые в специальных карьерах или полученные при вскрышных работах, а также выдаваемая из шахт порода.

Технологию засыпки понижений земной поверхности и оформление рельефа выполняют для каждого, конкретного случая отдельно в зависимости от используемого материала. При засыпке провалов породами в качестве средств механизации используют бульдозеры, которые разрабатывают породы и транспортируют их на расстояние до 80-100м. При больших расстояниях применяют прицепные или самоходные скреперы.

При засыпке провалов привозными материалами для погрузки пород используют экскаваторы, а для их доставки к месту укладки - автомобильный транспорт. Засыпают провалы послойно, а доставляемый материал на картах отсыпки разравнивают бульдозерами.

При заполнении провалов выдаваемой из шахт горной породой и другими материалами, склонными к самовозгоранию, необходимо укладывать их, соблюдая правила противопожарной безопасности, принятые в горнодобывающей промышленности.

При заполнении образовавшихся вследствие подземной разработки отрицательных форм рельефа земной поверхности горными породами следует также учитывать их химические свойства. Породы, обладающие фитотоксичными свойствами, укладывают в нижнюю часть провалов с последующим перекрытием их потенциально плодородными породами мощностью не менее 2-2,5 м. При глубине провалов (прогибов) менее 2 м засыпка их непригодными для биологической рекультивации по химическому составу (токсичными) породами допускается только с проведением работ по коренной химической мелиорации засыпаемых пород и обязательным их перекрытием потенциально плодородными породами мощностью не менее 0,5 м.

Для предотвращения заболачивания рекультивируемых поверхностей при выполнении планировочных работ необходимо придавать им уклон в сторону речек или ручьев с целью равномерного распределения поверхностных вод по площади и отвода их в пониженные места. При опускании земной поверхности за счет подработки земель в процессе производства горных работ возможны случаи их затопления, вызываемые подъемом уровня грунтовых вод.

В зависимости от гидрогеологического и гидрохимического режимов грунтовых вод, а также с учетом физико-химических, минералогических, агрохимических и агрофизических показателей горных пород, используемых для засыпки понижений рельефа, возможно предварительное осушение рекультивируемого участка или использование его в качестве водоема, предназначенного для аккумуляции паводковых вод и последующего использования их для орошения или технических нужд самого горнодобывающего предприятия. Устройство вертикального дренажа для понижения уровня грунтовых вод как одного из возможных вариантов показано на рисунке 19.

Рис. 19. Схема рекультивации глубокого провала засыпкой горной породой: 1,2 - формы провала до рекультивации и после его доработки с целью изъятия плодородного слоя почвы и потенциально плодородного грунта; 3 - положение депрессионной кривой в процессе поддержания провала в осушительном состоянии; 4 - засыпка горной породой; 5 - уровень грунтовых вод до откачки; 6 - временный отвал потенциально плодородного грунта; 7- легкие иглофильтровые установки; 8 - потенциально плодородный слой грунта; 9 - плодородный слой почвы; 10 - временный отвал плодородного грунта

При незначительных глубинах затопляемых участков их осушают подсыпкой слоем шахтной породы или другими материалами, превышающими слой воды на 0,5-1 м, с последующим покрытием слоем потенциально плодородных пород и плодородным почвенным слоем для последующего биологического освоения территории.

Рекультивация незатопленных, незаболоченных и неглубоких (до 5-6 м), но значительных по площади провалов, прогибов включает следующий состав строительных работ. В начале производства планировочных работе рекультивируемой поверхности снимают плодородный слой почвы и складируют его во временный отвал, располагаемый на ненарушенном участке поверхности. В необходимых случаях устраивают съезды (выезды) в провал, обеспечивающие движение транспортных средств. Завозимую транспортными средствами (в основном самосвалами) горную массу укладывают в провал послойно (толщиной до 1 м), уплотняя каждый слой катками.

При использовании для заполнения провала непригодных для биологической рекультивации пород после завершения планировочных работ уложенную горную массу перекрывают вначале слоем потенциально плодородных пород, а затем плодородным слоем почвы.

В случае использования для планировочных работ перегоревшей шахтной породы ее покрывают глинистыми породами слоем 0,25-0,3 м с уплотнением катками или попутными проходами бульдозером в целях профилактики самовозгорания и создания искусственного водоупора. Затем наносят плодородный слой почвы.

Рекультивация нарушенных земель, обводненных или заболоченных в результате оседания земной поверхности, включает работы по предварительному их осушению. Для этого вначале строят осушительную систему открытого или закрытого дренажа с целью отвода избыточных вод с рекультивируемой территории. В качестве водоприемников в таких случаях могут служить естественные или искусственные водоемы и водотоки. Далее с поверхности осушенной территории снимают вначале плодородный слой почвы и перемещают его во временный отвал, а затем слой потенциально плодородной почвы и также перемещают его во временный отвал. После этого проводят капитальную планировку нарушенной территории с послойной засыпкой отрицательных форм рельефа шахтной породой, доставляемой из породных отвалов. По верху спланированной поверхности шахтной породой отсыпают слой потенциально плодородного грунта, а затем наносят слой плодородной почвы с равномерным распределением ее по всей площади.

Достаточно часто в местах добычи полезных ископаемых подземным способом на поверхности шахтного поля остаются небольшие (по размерам) породные отвалы после проходки разведочных шурфов, фланговых сбоек и т. п. Восстанавливают нарушенную поверхность в таких случаях в следующей последовательности. Вначале выбирают участок ненарушенной поверхности под резерв вблизи породного отвала. При этом место под резерв предпочтительно отводить в понижениях рельефа местности (рис. 20).

Рис. 20 Схема рекультивации нарушенных земель небольшими породными отвалами

1, 2, 9 - направления перемещений соответственно плодородного слоя почвы, потенциально плодородного слоя грунта, породы; 3, 4 - временные отвалы соответственно плодородного и потенциально плодородного грунтов; 5 - проектное сечение резерва; 6 - граница потенциально плодородного грунта; 7 - засыпка резерва горной массой из плодородного отвала; 8 - породный отвал; 10 - слой плодородного грунта; 11 - слой потенциально плодородного грунта

Далее с отведенной под резерв поверхности снимают плодородный слой почвы и складируют во временный отвал, затем выбирают слой потенциально плодородных пород и также перемещают во временный отвал. В образовавшуюся выемку из породного отвала перемещают горную массу и разравнивают ее бульдозером. После этого на выровненную поверхность заполненного резерва наносят слой потенциально плодородной породы, забираемой из временного отвала, а затем плодородный слой почвы с последующей планировкой.

Для ликвидации незначительных нарушений поверхности вследствие устройства котлованов для приготовления заиловочного материала, используемого для пожаротушения, и других незначительных по размерам выемок при отсутствии в непосредственной близости источников горной массы для их заполнения используют грунт, забираемый из резервов, с выполнением работ в такой последовательности (рис. 21).

Рис. 21. Схема рекультивации нарушенных земель при устройстве котлованов, карьеров и других незначительных по размерам выемок

1 - плодородный слой почвы; 2 - потенциально плодородный грунт; 3 - положение плодородного слоя почвы после выполнения планировочных работ; 4 - заиловочный карьер; 5 - направление перемещения потенциально плодородного фунта; 6, 7 - направления перемещения плодородного грунта; 8 - временный отвал плодородного грунта



Вначале выбирают место резерва, располагаемое на возвышенном участке рельефа местности. Далее с площади резерва снимают плодородный слой почвы и перемещают во временный отвал, находящийся вне площади резерва. Затем из резерва выбирают слой потенциально плодородного грунта и перемещают его для заполнения нарушенного пространства. При дальности транспортирования до 80-100 м применяют бульдозеры, свыше 100 м - скреперы. После перемещения и заполнения грунтом нарушенного пространства и его разравнивания наносят слой плодородной почвы, частично забираемой из временного отвала. Оставшимся почвенным грунтом покрывают место резерва.

После завершения работ по рекультивации земель, нарушенных при подземных горных работах, появляется возможность их использования под сенокосы, пашни, многолетние насаждения, лесонасаждения с задерновкой участков природоохранного назначения.



Лекция 11

Тема: Общие требования к рекультивации земель, нарушенных при строительстве и эксплуатации линейных сооружений

Магистральные трубопроводы и отводы от них, железные и автомобильные дороги, каналы относят к так называемым линейным сооружениям.

Строительство и эксплуатация линейных сооружений оказывают значительное воздействие на состояние окружающей среды. Повреждая или разрушая естественные элементы ландшафта, а следовательно, нарушая равновесие в природе, строительство линейных сооружений отрицательно сказывается на состоянии естественного ландшафта. В качестве примеров подобного вмешательства в природу могут служить расчленение лесных массивов, нарушение режимов движения грунтовых вод, разрушение мест обитания и отсечение путей миграции животных, ухудшение микроклимата. При строительстве, реконструкции и эксплуатации линейных сооружений происходит нарушение земель главным образом за счет устройства выемок и насыпей. Характерные элементы нарушенных земель по форме рельефа при строительстве линейных сооружений показаны на рисунке 22.

Земли, нарушенные при строительстве линейных сооружений, характеризуются по форме рельефа как резервы, канавы, кюветы, кавальеры или дамбы. Фактором, обусловливающим формирование техногенного рельефа, служат извлечение горных пород для сооружения насыпей, строительство водоулавливающих или водоотводящих сооружений, а также строительство гидротехнических сооружений и складирование избыточного объема горных пород, удаляемых из выемок.

Морфологическая характеристика рельефа нарушенных земель характеризуется высотным положением выемок или насыпей относительно естественной поверхности и заложением образующихся при этом откосов. Как показывает практика строительства линейных сооружений, глубина устраиваемых резервов достигает 5-10 м с заложением откосов т = 1, канав и кюветов - до 5 м с заложением откосов т - 2 и более.

Рис. 22. Элементы нарушенных земель по форме рельефа: а - насыпи; б - выемки; 1 - насыпная часть линейного сооружения; 2 - направление перемещения грунта; 3 - слой почвенного грунта; 4 - резерв; 5 - кавальеры плодородного грунта; 6 - кавальеры минерального фунта; 7 - часть линейного сооружения, расположенная в выемке высотой до 15 м с заложением откосов т = 1 и более.

Работы по рекультивации земельных участков, занятых сельскохозяйственными или лесными угодьями, предназначенных под строительство или реконструкцию действующих линейных сооружений, включают в общий комплекс строительно-монтажных работ, и они должны обеспечивать восстановление плодородия земель. Поэтому набор работ по рекультивации будет зависеть от возможных видов последующего использования нарушенных земель. Обводненные резервы, например, можно использовать под водоемы природоохранного назначения или для целей орошения и рыбоводства; сухие - под сенокосы и пастбища или лесонасаждения и задернованные участки природоохранного назначения; обводненные канавы и кюветы - под водоемы природоохранного назначения; сухие - под лесонасаждения и задернованные участки природоохранного назначения. Поверхности насыпных кавальеров и дамб можно использовать под лесонасаждения и задернованные участки природоохранного назначения.

Перед началом строительства линейных сооружений снимают плодородный слой почвы и перемещают его во временные отвалы, располагаемые вдоль строительной полосы. После окончания строительных и планировочных работ почвенный грунт используют для рекультивации или землевания.

На техническом этапе рекультивации земель после строительства магистральных трубопроводов, транспортных коммуникаций и каналов проводят следующие работы: убирают строительный мусор, разбирают все временные сооружения и устройства, удаляют отвалы за пределы строительной полосы; выполняют обратную засыпку траншей трубопроводов грунтом с образованием валика, обеспечивающего ровную поверхность после самоуплотнения грунта. Оставшийся избыточный грунт разравнивают равномерным слоем по рекультивируемой площади или вывозят в специально отведенные места, указанные в проекте; планируют откосы кавальеров, насыпей и выемок, для чего используют автогрейдеры, бульдозеры и экскаваторы, оборудованные ковшом-планировщиком, и другие строительные и мелиоративные машины; засыпают грунтом рытвины и ямы, а затем выполняют общую планировку территории; проводят мероприятия по предотвращению эрозионных процессов; наносят плодородный слой почвы по всей рекультивируемой площади.

При строительстве магистральных трубопроводов на землях, занятых лесными угодьями, рекультивация заключается в засыпке траншей и ям, общей планировке полосы отвода, уборке строительного мусора, в задернении поверхности посевом трав.

Примеры озеленения склонов выемок и насыпей при строительстве некоторых линейно протяженных сооружений показаны на рисунках 23 и 24.

Рис. 23. Озеленение протяженных склонов выемок: 1 - дорожное полотно; 2 - залужение нижней зоны склона посевом трав; 3 - посадка саженцев крупных растений (высокоствольные деревья, высаженные группами в целях защиты склона); 4 - верхний край посадки (1-2 ряда кустарника); 5 - средняя зона склона (посадка деревьев 1-й и 2-й величины и немного кустарника); 6 - нижний край посадки (3-5 рядов кустарника и немного деревьев 2-й величины)

Восстановление древесной и кустарниковой растительности в полосе отвода под строительство трубопровода не допускается из-за затруднений, возникающих в процессе его эксплуатации.

Рис. 24. Озеленение протяженных склонов насыпей: 1 - дорожное полото; 2 - верхняя зона посадки (3-5 рядов кустарника и немного деревьев 2-й величины); 3 - средняя зона склона (посадка саженцев деревьев 1-й и 2-й величины и немного кустарника); 4 - нижний край посадки (3-5 рядов кустарника и немного деревьев 2-й величины); 5 - пашня; 6 - посадка саженцев высокоствольныхдеревьев группами по опушке в целях зашиты и расчленения склона

При залужении откосов посевом трав после их высева желательно откосы укрывать тканым материалом, например мешковиной, чтобы исключить смыв почвы и семян дождевыми потоками или при поливах, до их прорастания и образования корневой системы



Лекция 12

Тема: Рекультивация и обустройство карьеров нерудных материалов при сухой выемке грунта

В результате добычи полезных ископаемых и минерального сырья земли нарушаются карьерными выработками, достигающими глубины 100 м. В зависимости от положения дна карьера относительно залегания подземных вод он бывает обводненным или сухим. В сухих карьерах добываемый материал обычно разрабатывают землеройными машинами, в обводненных чаще используют землесосные снаряды.

Обводненные карьерные выемки после прекращения их эксплуатации используют под водоемы многоцелевого назначения, сухие - под площадки для строительства, пашни, пастбища, лесонасаждения и т. д. При сухой выемке грунта нижний горизонт не должен достигать уровня залегания грунтовых вод, а карьер не должен заполняться водой.

Глубина нижнего горизонта выработки определяется не возможностями землеройной техники, а намерениями по рекультивации и обустройству территорий. Достаточным расстоянием между максимальным уровнем грунтовых вод и нижним горизонтом разработки считают 1 м. Данное условие должно быть определяющим при выборе дальнейшего использования территории карьера до начала работ по выемке грунта.

При нарушении данного условия в ходе сухой выемки грунта, часто осуществляемой стихийно, разработку ведут до той глубины, достичь которую в том или ином случае позволяет колеблющийся уровень грунтовых вод. После выемки грунта остается заболоченная, практически не поддающаяся рекультивации территория. В таких случаях перед проведением работ по рекультивации возникает необходимость проведения осушительных мероприятий. Правда, иногда такие территории могут представлять интерес в качестве места обитания земноводных и иметь природоохранное значение.

Большое значение имеет способ ведения работ по выемке грунта в карьере. Часто рекультивацию можно начинать, не дожидаясь завершения разработок, и значительно упростить ее, выбрав соответствующую технологию производства работ в карьере.

Перед массовой выработкой грунта снимают плодородный слой почвы с целью дальнейшего использования его на малопродуктивных угодьях и рекультивируемых землях. Нормы снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ определяются требованиями, изложенными в ГОСТ 17.5.3.06-85. При снятии, складировании и хранении плодородного слоя почвы необходимо соблюдать меры, исключающие ухудшение его качества.

Схема экскаваторной выемки полезного грунта в карьере экскаватором с погрузкой в транспортные средства и перемещением верхнего почвенного слоя на дно выработанного горизонта одной и той же грунторазрабатывающей машиной показана на рисунке 25.

После завершения разработок в карьере возможны различные варианты использования территорий. В основном рекультивацию проводят с целью использования территории под сельскохозяйственные угодья. Часто после рекультивации наблюдается даже некоторое повышение урожайности, так как при выемке грунта удаляются высокопроницаемые слои песка и гравия, а плодородный грунт приближается к грунтовым водам, улучшая обеспеченость водой сельскохозяйственных культур.

При рекультивации карьеров для сельскохозяйственного использования необходимо учитывать изменения микроклимата, сопровождающиеся возможностью скопления холодного воздуха. С целью уменьшения влияния холодного воздуха дну карьера придают легкий уклон в сторону долины.

Рис. 25. Схема рекультивации карьера для сельскохозяйственного использования выработанного пространства с перемещением и нанесением почвенного слоя по дну карьера в процессе выемки грунта:

1 - пашня до снятия почвенного слоя; 2 - подъездная дорога; 3 - автосамосвал; 4 - экскаватор; 5 - дневная поверхность земли; 6 - перемещение верхнего слоя почвы с разравниванием по рекультивируемой поверхности; 7 - неуплотненная подошва выработки; 8 - поверхность земли после выемки грунта и рекультивации карьера; 9 - забой экскаватора; 10 - слой почвы, снимаемый поэтапно

В процессе карьерных разработок существенно уплотняют подпочвенные слои за счет рабочих перемещений строительной техники. Поэтому для повышения ценности рекультивируемой территории проводят тщательное рыхление подпочвы на глубину до 0,5 м, после чего на дно карьера наносят пахотный слой почвы, частично смешивая его с подпочвой. Толщина слоя зависит от количества плодородной почвы, которую удалось сохранить в процессе производства вскрышных работ. На рациональное сельскохозяйственное использование территорий влияют форма и размеры рекультивируемой территории. Поэтому на стадии проектирования производства работ в карьере необходима параллельность границ отводимого участка площадью не менее 2 га. Особая проблема рекультивации под сельскохозяйственные угодья в местах сухой выемки грунта - формирование откосов карьера.

Возможны два решения.

1. Рекультивацию карьеров глубиной до 5 - 6 м выполняют с выполаживанием откосов, которое позволяет получить дополнительные площади, пригодные для использования; ослабить эрозионные процессы на откосах; предохранить рекультивированную площадь от заноса частицами грунта, смываемыми с откосов; улучшить общий ландшафт рекультивируемой территории. При использовании площади откосов карьеров в сельскохозяйственных целях их крутизна должна обеспечивать беспрепятственное движение машин как агрегатируемых с тракторами, так и самоходных. В соответствии с этими требованиями откосы карьеров должны быть выположены до крутизны т = 5 и более. Схема производства работ при выполаживании откосов карьера приведена на рисунке 26.

2. Рекультивацию глубоких карьеров глубиной более 6 - 10 м выполняют без выполаживания, а их крутизна должна составлять не менее m = 1,5. Учитывая большую длину склонов в глубоких карьерах, через каждые 5 м по высоте на откосах устраивают бермы шириной до 3 м, выполняемые с некоторым уклоном в сторону откоса для защиты его от обширной эрозии и обеспечения доступа техники в процессе рекультивации.

Рис. 26. Схема производства работ по выполаживанию бортов карьера: 1 - плодородный слой почвы; 2 - потенциально плодородный слой; 3 - слой непригодного грунта; 4 - дно карьера; 5 - борта карьера до выполаживания с заложением m_k; 6 - проектное заложение бортов карьера (m) после выполаживания; 7 -направление перемещения грунтовых масс при выполаживании; h_x - остаточная глубина карьера без учета толщины слоя почвы; l₁,l₂,l₃ - проектные размеры

Схема рекультивации и обустройства глубоких карьеров с крутыми склонами откосов после сухой выемки грунта показана на рисунке 27.

Рис. 27. Схема рекультивации и обустройства глубоких карьеров после сухой выемки грунта: 1 - выработанное пространство карьера; 2 - пашня; 3 - уровень фунтовых вод; 4 - восстановленный почвенный слой по дну карьера; 5 - склон выработки; 6 - берма; 7 - посадка саженцев деревьев и кустарниковой растительности после активации бедной почвы на склонах; 8,9 - временные кавальеры потенциально плодородного и почвенного грунтов; 10 - сформировавшаяся древесно-кустарниковая растительность; 11 - прежняя высота местности; 12 - направление уклона дна карьера

Нередко выработанное пространство карьеров в период эксплуатации используют для бессистемного размещения внутренних отвалов смеси потенциально плодородного и непригодного грунтов вскрыши. Тогда условия проведения горнотехнического этапа рекультивации таких карьеров для сельскохозяйственного целевого использования существенно усложняются. При рекультивации площадей таких карьеров в целях сельскохозяйственного использования необходимо выполнять следующие условия.

1. Непригодные и малопригодные породы внутренних отвалов вскрышных пород должны быть спланированы и засыпаны слоем нетоксичных (потенциально плодородных) грунтов, пригодных для развития корневой системы растений: не менее 0,6 м для пашни; 0,7 м - для сенокосов, 1 - 2 м - для лесопосадок.

2. Сверху отсыпанной непригодной и малопригодной породы необходима отсыпка плодородного слоя почвы, забираемой из отвалов ранее снятого растительного грунта мощностью не менее 0,3 - 0,4 м под пашни, 0,2 - 0,3 м - под сенокосы. При устройстве лесопосадок почвенный грунт засыпают в ямы непосредственно при посадке деревьев и кустарников.

Схема выполнения работ при горнотехническом этапе рекультивации выработанного пространства карьеров после прекращения их эксплуатации показана на рисунке 28.

Рис. 28. Схема выполнения работ при горнотехническом этапе рекультивации выработанного пространства карьера после прекращения эксплуатации: а - разрез карьера в период эксплуатации; б - геологический разрез; в - разрез карьера в период проведения рекультивации; 1- плодородный слой почвы; 2 - потенциально плодородный слой; 3 - непригодные породы; 4 - полезное ископаемое; 5 - подстилающие горные породы; 6 - потребитель; 7 - внешний временный отвал плодородного грунта; 8 - внешний временный отвал потенциально плодородного грунта; 9 - выработанное пространство карьера; 10 - внутренний отвал непригодного вскрышного грунта; 11 - дно карьера; 12 - выровненный внутренний отвал непригодного грунта; 13 - насыпка нетоксичного (потенциально плодородного) слоя; 14 - отсыпка слоя почвы

При совмещении вскрышных работ с горнотехническим этапом рекультивации выработанного пространства карьеров непосредственно в период их эксплуатации возможно снижение затрат почти в 3 - 4 раза за счет сокращения числа переработки пород и уменьшения дальности их перемещения. Схема очередности производства работ и направления перемещения горных пород при совмещении вскрышных работ с горнотехническим этапом рекультивации карьеров показана на рисунке 29.

Рис. 29. Схема производства работ по совмещению вскрышных работ с горнотехническим этапом рекультивации карьера: 1 - плодородный слой почвы; 2 - потенциально плодородный грунт; 3 - непригодный грунт; 4 - полезное ископаемое; 5 - отгрузка полезного ископаемого потребителю; 6 - дно карьера; 7 - снятие и удаление плодородного слоя во внешние временные отвалы; 8 - разработка вскрышного непригодного грунта и перемещение его в постоянный внутренний отвал; 9 - разработка вскрышного потенциально плодородного грунта, перемещение и укладка его по верху ранее уложенного вскрышного непригодного грунта; 10 - нанесение плодородного слоя почвы из грунта, забираемого из временных внешних отвалов растительного грунта.

При выборе способа рекультивации карьеров залесением руководствуются теми же соображениями, что и при проведении рекультивации под сельскохозяйственные угодья. Возможность рекультивации залесением используют в тех случаях, когда сельскохозяйственное или иное использование территории карьера сопряжено с определенными трудностями, например плохое качество почвы, отдаленное расположение карьера от населенных пунктов, неудовлетворительный микроклимат для выращивания сельскохозяйственных культур и др.

Рекультивацию карьеров залесением проводят в следующей последовательности. Вначале выравнивают дно карьера и выполаживают откосы до значений m = 1,5 и более, а при глубине карьера более 5 - 6 м на откосах устраивают бермы шириной около 3 м через каждые 5 м по высоте склона. После завершения этих работ рыхлят уплотненный грунт на дне карьера, а затем высевают бобовые культуры, способствующие образованию гумуса и накоплению азота. В последующем закладывают лес, избегая монокультуры. Одни лишь хвойные породы деревьев не способствуют полному развитию потенциала территории. Их дополняют лиственными породами деревьев, соответствующих местным условиям. При посадке смешанных пород деревьев более полно формируется ландшафт и обеспечивается оздоровление биотопы. По периметру лесопосадки необходимо обсадить кустарником и деревьями второй величины, образуя опушку шириной 3 - 5 м.