Разработка мероприятий по охране земной поверхности при проведении работ, связанных с подземной добычей угля

Объектами рекультивации при подземной добыче угля являются:

- понижения, провалы и другие нарушения земной поверхности;

- породные отвалы угольных (сланцевых) шахт и обогатительных фабрик;

- промплощадки, транспортные коммуникации, насыпи, дамбы, нагорные канавы, которые после погашения шахты не могут быть использованы по прямому назначению.

В зависимости от назначения земель, которые высвобождаются от горных работ, различают семь направлений рекультивации:

- сельскохозяйственное (создание пашни, лугов, пастбищ, многолетних насаждений);

- лесохозяйственное (лесопосадки эксплуатационного и специального назначения);

- рыбохозяйственное (создание в понижениях техногенного рельефа рыбоводческих водоемов);

- водохозяйственное (создание в понижениях техногенного рельефа водоемов разного назначения);

- рекреационное (создание на нарушенных землях объектов отдыха);

- санитарно-гигиеническое (биологическая или техническая консервация нарушенных земель, оказываемых неблагоприятное воздействие на окружающую среду, рекультивация которых для хозяйственных целей экономически неэффективна);

- строительное (приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для промышленного и гражданского строительства).

Выбор направления рекультивации нарушенных земель базируется на совокупном учете и оценке физико-географических, технологических, экономических, социально демографических, экологических и эстетичных факторов, а также перспектив развития района. Например, сельскохозяйственная рекультивация земель наиболее целесообразна в зоне оптимальных климатических условий, районах с высокой плотностью населения, где есть мощные плодородные почвы, развитое сельское хозяйство. Это направление особенно важно для горных районов и зон очагового земледелия.

В тех случаях, когда сельскохозяйственная рекультивация малоэффективна или нецелесообразна в силу естественных и хозяйственных причин, стоит использовать другие направления, наиболее приемлемые для данных условий. Например, в густонаселенных промышленных районах, которые требуют улучшения атмосферного воздуха и увеличения рекреационных территорий, преимущество нужно отдавать лесохозяйственной рекультивации, то есть созданию на нарушенных землях лесонасаждений разных типов и разного назначения.

Рекультивация должна быть комплексной, то есть одновременно следует использовать ее направления в оптимальных для каждого района соотношениях. Восстановленные земли и окружающие территории по окончании работ должны представлять собой организованный и экологически сбалансированный участок ландшафта.

Комплекс рекультивационных работ включает горнотехнические, инженерно-строительные, гидротехнические и другие мероприятия и осуществляется обычно в два этапа: технический и биологический, как взаимозависимые между собой и выполняются последовательно.

7.1 Технический этап

Технический этап (техническая рекультивация) направлен на подготовку нарушенных земель к биологическому освоению и последующему целевому использованию в народном хозяйстве.

Техническая рекультивация выполняется силами угледобывающих шахт или специализированными управлениями, которые входят в систему производственного объединения. Она включает: засыпку деформированных поверхностей шахтных полей (мульд оседания, прогибов, провалов и др.) инертными материалами и их планирование; гашение, разборка и переформировка шахтных породных отвалов (терриконов); селективный съем, складирование и хранение пригодных для биологической рекультивации пород, включая плодородный почвенный слой (ППС) и потенциально плодородные породы (ППП); планирование и покрытие спланированной поверхности плодородным слоем почвы или потенциально плодородными породами; устраивание подъездных дорог и дренажной сети; мелиоративные и противоэрозийные мероприятия; ликвидацию послеусадочных образований; оборудование ложа и берегов водоемов.

Рисунок 7.1 - Схема работ технического этапа рекультивации участка деформированной поверхности шахтного поля.

1 - граница участка; 2 - бульдозер; 3 - каток; 4 - автомобиль-самосвал; 5 - номер и площадь участка; 6 - скрепер; 7 - номер механизма.

При определении объемов работ технического этапа рекультивации поверхность шахтного поля разбивают на участки, которые отличаются характером рельефа, составом пород на поверхности, объемами ранее выполненных работ и видов использования рекультивированных земель в народном хозяйстве. В пределах каждого участка выделяют контуры однотипных нарушений (провалы, отвалы пород и др.), в границах которых в непосредственной близости они расположены и пригодные для рекультивации. На рисунке 4.1 показано выделение участка деформированной поверхности шахтного поля и схема проведения рекультивационных работ на техническом этапе.

7.2 Биологический этап

Биологический этап (биологическая рекультивация) включает комплекс агротехнических и мелиоративных мероприятий, направленных на возобновление и улучшение структуры почв, повышения их плодородия (пахота, боронование, обработка химическими веществами, внесение удобрений, к др.), создания лесов и зеленых насаждений, освоения водоемов, разведения дичи и животных (возобновление флоры и фауны). Биологическая рекультивация осуществляется землепользователями (лесхозами и другими организациями), которым передаются земли после их технической рекультивации, выполненной предприятиями и организациями Минуглепрома, которые нарушили эти земли.

При выборе системы разработки угольных слоев необходимо предусматривать по возможности максимальное сохранение земной поверхности и расположенных на ней сооружений и естественных объектов. Если нельзя избежать провалов, проседаний и других нарушений поверхности, то перед началом работ из добычи угля на землях, которые подлежат нарушению, проводят комплекс технических мероприятий, а также снимают плодородный грунтовой слой и потенциально плодородные породы.

Комплекс технических мероприятий включает расчистку земель от леса, мелколесье и кустарников, сбор камней, удаления остатков древесины и др. Это первичное планирование поверхности. Особенно тщательным образом ее выполняют при подготовке деформированных поверхностей шахтных полей для сельскохозяйственного освоения.

Последующая рекультивация нарушенных земель заключается в засыпании провалов, прогибов, инертными материалами, их планировании, выполнении мелиоративных работ, и так далее

Кроме того, что принятая система разработки угольных слоев должна способствовать максимальному сохранению земной поверхности, сооружений, естественных объектов, она еще и должна обеспечивать минимальные объемы выдаваемой из шахт породы. Отвалы, предназначенные для ее складирования, стоит размещать на непригодных для сельского хозяйства землях (балки, овраги, впадины провалы, заболоченные площади и др.).

Рисунок 7.2 - Схема заполнения шахтной водой естественного понижения рельефа.

Наиболее благоприятные условия рекультивационных работ создаются для размещения отвалов в естественных или техногенных формах рельефа рисунок 4.2. Если такие формы использовать нельзя, рекомендуется применять крупноплощадные многоярусные отвалы для обслуживания группы угольных предприятий.

Снятие, складирование и нанесение плодородного грунтового слоя и потенциально плодородных пород, должно на полгода и больше опережать фронт очистных работ на данном участке. Существует несколько вариантов снятия и использования РГШ и ПРП: снятие и хранение в специальных временных составах для следующего использования при рекультивации нарушенных земель; снятие и непосредственное нанесение на уже подготовленные площади; снятие и перемещение на прилегающие малопроизводительные угодья с целью повышения их плодородия.

От складирования отказываются, если длительное хранение почвы и пород экономически нецелесообразно. В этом случае РГШ и ПРП транспортируют на соседние рекультивированные участки или за согласованием с землепользователем на угодья, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве после нанесения на них плодородного грунтового слоя. РГШ можно также использовать для городского зеленого строительства, парников, садов, огородов и других целей.

Расходы, связанные с размещением РГШ и ПРП, составляют 80-90 % общих расходов на горнотехническую рекультивацию.

Технологические операции по снятию плодородного слоя, его складированию, нанесению, на рекультивированные участки и территории выполняют с помощью скреперов, автоскреперов, экскаваторов с ковшами вместимостью 1 - 2,5 м³, грейдеров, бульдозеров, разных разрыхлителей и автосамосвалов, рисунок 7.3.

Рисунок 7.3. Схема снятия плодородного слоя почвы и складирования его во временный отвал:

1 - бульдозер; 2 - автосамосвал; 3 - экскаватор

При ликвидации нарушений на подрабатываемой земной поверхности рекультивационные работы выполняют на сухих территориях и на обводненых, заболоченных участках.

Необходимым предварительным условием возобновления как сухих, так и обводнених, подрабатываемых территорий является снятие плодородного почвенного слоя и потенциально плодородных пород. Практически все последующие работы из рекультивации нарушенной поверхности включают технологическую операцию - заполнение негативных техногенных форм рельефа инертными материалами. Не заполняют лишь небольшие по площади прогибы от плавного оседания земной поверхности при подработке, а также незначительные нарушения. Однако следует отметить, что плавное опускание земной поверхности на любой площади сопровождается появлением трещин на границах мульды оседания, которые приводят к обезвоживанию грунтового слоя. Поэтому при рекультивации, необходимо предусматривать создание искусственного водоупора из глинистых пород необходимой мощности. Образование изолирующего слоя (толщина его должна быть не менее 3 м от отметки коренных пород) позволяет ликвидировать аэро- и гидродинамическая связь горных работ с поверхностью, уменьшить вероятность возникновения эндогенных пожаров, пропитки в горные выработки поверхностных вод и др.

Технологию засыпания провалов и оформления рельефа в зависимости от используемого материала выбирают для каждого конкретного случая отдельно. При этом учитывают химические и физико-механические свойства материалов. Фитотоксичные породы повышенной кислотности стоит заключать в нижней части провалов со следующим перекрытием их слоем РГШ толщиной не менее 2 м или предусматривать химическую мелиорацию кислых пород. В качестве мелиорантов используют обычно известь, однако могут применять и другие вещества. Вносят их не раньше чем через год после завершения работ по засыпанию, учитывая то, что рыхлые отложения (наносы), которые содержат глинистые породы, становятся при большом давлении пластичными и угрожают прорывами в подземные выработки. Во избежание таких явлений, применяют смесь наносов с привозными коренными породами, породой терриконов, которая перегорела. Технологические схемы засыпания провалов приведены на рисунках 7.4 и 7.5.

Рисунок 7.4 - Схема засыпания провалов четвертичными отложениями (наносами), взятыми непосредственно в районе провалов

Рисунок 7.5 - Схема засыпания провалов смесью наносов и привозных скальных пород

Одной из важных технологических операций из возобновления нарушенных территорий является окончательное планирование рекультивированных поверхностей. Ее выполняют после засыпания негативных форм рельефа инертными материалами ППП и выполаживанием склонов поверхности по верхней границе мульды (рисунок 7.6) с последующим разравниванием слоя ППП, который укладывается.

Рисунок 7.6 -Схема закладки трещин и выполаживания склонов мульды оседания:

1 - зона трещин; 2 - отвал плодородного почвенного слоя.

Во всех случаях планирования сухих рекультивированных поверхностей делают с расчетом предотвращения их заболачивания. Для этого (по возможности) окончательные отметки поверхностей должны быть не менее чем на 1 м выше уровня грунтовых вод, который существовал до начала подземных работ. Кроме того, рекультивированным поверхностям предоставляют ровные уклоны в сторону балок, ручьев, год без микрорельефа с таким расчетом, чтобы осадки не накапливались на отдельных площадях, а распределялись равномерно, и избытки их стекали в сниженные места. Если даны условия выполнить невозможно, то проводят профилактические мелиоративные работы: строят вертикальные дренажи для снижения уровня грунтовых вод; создают водоемы с целью сбора паводковых вод: подсыпают мелководные участки шахтной породой или другими материалами со следующим покрытием слоем ППС и ППП для биологического этапа рекультивации.

Заключительной технологической операцией из ликвидации нарушений на поддельной сухой территории является транспортировка и нанесение на спланированную поверхность плодородного грунтового слоя.

Технический этап рекультивации обводненных или заболоченных понижений рельефа включает следующие технологические операции:

- осушение подрабатываемой территории путем оборудования системы горизонтального закрытого и открытого дренажа;

- снятие ППС и выемка ППП на участках, где позволяет рельеф местности и перемещения их во временные отвалы;

- подвоз инертной породы, подсыпание ею негативных форм рельефа, уплотнения и планирования изолирующего слоя;

- нанесение, уплотнение и планирование слоя, потенциально плодородных пород;

- нанесение, разравнивание и окончательное планирование плодородного почвенного слоя.

Для осушения, а также предотвращение обводнения и заболачивания поддельных участков применяют горизонтальный дренаж. Горизонтальное дренирование выполняется двумя способами: а) поверхностных канав и б) подземных водосборных пустот (цилиндровые ходы, параллельные поверхности).

7.3 Ликвидация негативных последствий отвалов

Формы и параметры отвалов зависят от способов их образования, которое предопределяет индивидуальный подход к проектированию рекультивации отдельных конкретных объектов.

Рекультивации отвала предшествует его всестороннее обследование (определение места и роли отвала в ландшафтной системе района, параметров и степени вредного влияния, на окружающую среду, агрофизико-химических свойств смеси пород, которые составляют отвалы внутри и на поверхности, и др.) для выяснения необходимости рекультивации, выбора ее направления, а также возможности использования отвальных пород, в народном хозяйстве.

С учетом избранного направления рекультивации и требований к нему устанавливают конечные геометрические параметры отвала по площади, высоте, форме и величине откосов, пути достижения необходимых конечных параметров (без снижения или со снижением высоты к необходимым пределам, с террасированием или без террасирования отвалов и др.), технологию технического этапа рекультивации, выбирают технологическую схему.

Особенности технологии гашения пылающих породных отвалов определяются их формой, высотой, а также характером горения.

Гашения пылающих терриконов и хребтовидных отвалов проводят переформировкой их в отвалы плоской формы проиливание поверхностного слоя пород пульпой (суспензией) из антипирогенных материалов пылающих плоских отвалов (в зависимости от характера горения).

Технология гашения пылающих конических и хребтовидных отвалов переформировкой включает снятие вершины, снижение и переформировку отвала; планирование вершины сниженного отвала. Если вершина отвала состоит из пылающих и разгоряченных пород, то их предварительно охлаждают, орошая навесной струей гидромонитора, к температуре 150°С на глубину 2,5-3 м.

Переформировка отвала заканчивается снижением его первоначальной высоты не менее чем наполовину, обваловыванием горизонтальной площадки по контуру породой и заполнением ее водой (ширина обваловывания - 2 м, высота >1 м).

Пылающие конические, хребтовидные отвалы гасят вводом пульпы в тело отвала. Такой способ используют на отвалах высотой до 40 м, которые интенсивно не горят.

Гашение пылающих плоских отвалов (откосов и прилегающей к ним горизонтальной части шириной 5-6 м) осуществляют вводом пульпы в соответствии с технологией и параметрами, отмеченными для терриконов и хребтовидных отвалов. Горение участков в горизонтальной части плоского отвала ликвидируют проиливанием слоя пород пульпой через траншеи, которые нарезают бульдозером в охлажденной породе, или заливанием пульпой участков, обвалованых по контуру породой.

Если в результате предыдущего всестороннего обследования установлена фитотоксичность пород плоского отвала, то при выборе сельскохозяйственного или лесохозяйственного направления рекультивации необходимо предусматривать создание экранирующего (защитного) слоя. На отвал наносят слой потенциально плодородных пород и плодородный слой почвы. Толщина их должна отвечать требованиям принятого направления биологической рекультивации отвалов.

Перед созданием слоя, который экранирует, и нанесением РШГ и ПРГ, отвалы выполаживают или террасируют для обеспечения нормальных условию роста насаждений и возможности их машинной обработки. Больше всего оптимальными являются углы откоса 15 - 18° (при высоте яруса 15 - 18 м) и 25 - 32° (при высоте яруса 5 - 6 м). Результирующий угол откоса не должен быть больше допустимого по условиям стойкости. Деревья высаживаются на расстоянии не менее 1,5 м от бровки откоса отвала. Минимальная ширина террасы - 8 м.

Снижают или полностью ликвидируют вредное влияние терриконов и хребтовидных отвалов на окружающую естественную среду такими способами:

- озеленением отвалов без их переформировки;

- переформировкой отвалов и озеленением;

- разборкой отвалов и вывозом породы за пределы данного района;

- разборкой отвалов со следующим полезным использованием пород.

Отвалы с поверхностью, которая стабилизировалась, можно озеленять без переформировки. Если отвал небольших размеров, породы его нефитотоксичные и не горят, то можно проводить озеленение гидро-механизированным способом. Переформировке перед озеленением поддаются отвалы, которые состоят из неустойчивых, слабо связанных, горных пород, которые легко поддаются размыву.

Разбирают отвалы для размещения на их месте объектов, угодий, для использования пород для любых целей. Породу из занятых плодородных земель, как правило, вывозят на непригодные для сельского хозяйства земельные участки. В некоторых случаях (при соответствующем минералогическом составе) породы используют в народном хозяйстве (дорожное строительство, изготовление кирпича, аглопорита, керамзита, цемента и др.).

При переформировке высокие отвалы снижаются на 1/2 - 1/3. Выполаживают откосы для стойкости отвалов, предотвращения их разрушения, под действием гравитационных и эрозийных процессов. Террасирование уменьшает поверхностный сток, задерживает продукты смыва из выше расположенных откосов и позволяет тем самым избежать размыва нижних откосов и выноса продуктов смыва на прилегающие к отвалу территории. Особенное значение оно имеет при переформировке отвалов из легко размывных токсичных пород.

Элементами технологических схем технического этапа рекультивации отвалов является: подъездная дорога, въездная полутраншея, кюветы, терраса, рабочая площадка, спланированная вершина отвала, нагорная канава и др.

Обустройство автомобильных подъездных дорог при любом направлении рекультивации отвалов обязательно, потому что от их наличия и состояния во многом зависит успех рекультивации. Полотно дороги, как правило, должно отсыпаться из пород отвалов, если последние не являются фитотоксичными.

Для создания транспортного доступа к вершине отвала (при снижении или разборке) и въезда на террасы по его склону нарезается въездная траншея. Ее геометрические размеры зависят от количества полос движения, грузоподъемности автотранспорта и вида почвы.

При снижении и разборке отвалов с помощью экскаваторов и автотранспортеров для установки и размещения оборудования устраивают рабочие площадки. Их геометрические размеры определяются с учетом физико-механичних свойств пород и параметров горного и транспортного оборудования.

После снятия вершины и планирования рабочей площадки продолжаются работы по снижению и переформировки отвалов с помощью бульдозеров, гидроразмыва, экскаваторов, а в отдельных случаях - скреперов, погрузчиков.

На вершине переформированного отвала планируется горизонтальная площадка. Размеры ее определяются целевым назначением отвала. По периметру площадки для предотвращения неорганизованного стока атмосферных осадков отсыпают породный вал высотой 0,7 - 1,5 м и шириной 1,4 - 4,3 м (ширину вала выбирают в зависимости от его высоты и угла естественного откоса породы). Выполаживают откосы до необходимого угла непосредственно после снятия вершины отвала или после снижения до необходимой высоты. Угол наклона выположенных откосов определяется целевым назначением рекультивированного отвала.

Террасы, в соответствии с требованиями биологического этапа рекультивации, нарезаются как на выполаживаемых, так и на невыполаживаемых откосах отвалов. Целесообразность нарезки террас решается в каждом конкретном случае и определяется проектом.

Рисунок 7.7 - Схема поярусной разборки отвалов экскаватором:

а - кольцевая; б - челночная;

1 - въездная полутраншея; 2 - вал охлаждения; 3 - экскаватор для нагрузки породы в автосамосвалы; 4 - заходки; 5 - автосамосвал

Нарезка террас начинается с верхней, чтобы исключить засыпание нижележащей. Террасы могут нарезаться бульдозером (терассером), экскаватором, экскаватором с бульдозером.

Основной способ разборки отвалов с вывозом породы за пределы данного района - экскаваторный. При экскаваторном способе разборки работы ведутся в следующей последовательности.

Отвал разбирают на ярусы (слои) высотой, ровной высоте уступа для данного типа экскаватора, но не выше 4 м.

Разборку отвала осуществляют по челночной или кольцевой схемам (рисунок. 7.7). Применение конкретной схемы по разборке дежурного яруса отвала зависит от температуры пород, которые контролируют систематически. Породу, нагретую до 80°С, грузят в автосамосвалы для вывоза, а свыше 80 °С предварительно охлаждают атмосферным воздухом, орошением водой, обваловыванием отдельных участков и заливанием их водой и др.

При кольцевой схеме разработки ярусов отвала допускается одновременная работа нескольких экскаваторов в любой точке забоя, где это возможно по условиям температуры или направления ветра. Потому что на верхних ярусах температура породы более высока, то для их разборки применяют кольцевую схему работы экскаваторов, а на нижних ярусах отвала - челночную.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Во время выполнения курсового проекта были закреплены навыки по проектированию закладки выработанного пространства в бутовые полосы и построению литолого-прочностной карты непосредственной кровли угольного пласта с целью оценки воздействия стойкости пород кровли на процессы обрушения горных пород над выработанным пространством при управлении кровлей способом полного обрушения.

Помимо этого были произведены практические расчеты:

· определен коэффициент использования полезного ископаемого (угля);

· рассчитаны параметры зоны обрушения горных пород и земной поверхности над отработанным пространством;

· рассчитана безопасная глубина ниже которой горные выработки не вызывают опасных деформаций на земной поверхности;

· рассчитаны линейные размеры для условий полной подработки;

· рассчитаны наибольшие величины оседания земной поверхности над отработанным пространством в условиях полной подработки;

· определена безопасная глубина разработки под водным объектом.

В результате расчетов был определен способ закладки выработанного пространства при подземной добыче угля породой в бутовые полосы. Расчет обеспечения достаточного количества породы для закладки в две бутовые полосы шириной 6м и 8м , потребуется 76%добытой породы. В результате нам необходимо оставшуюся, после закладки бутовых полос, породу поднять на поверхность в отвалы. С одной стороны, мы увеличиваем нагрузку на земную поверхность засыпки породы в отвалы, но с другой при закладке выработанного пространства снижается воздействие на земную поверхность над ним. Таким образом, из-за незначительных объемов закладки породы по сравнению с количеством ее образования в забое появляется необходимость ликвидации негативных последствий отвалов.

Породные отвалы угольных (сланцевых) шахт и обогатительных фабрик являются объектами рекультивации при подземной добыче угля.

Рекультивация нарушенных земель производится в зависимости от назначения земель, которые высвобождаются от горных работ. Выбор направления рекультивации нарушенных земель базируется на совокупном учете и оценке физико-географических, технологических, экономических, социально демографических, экологических и эстетичных факторов, а также перспектив развития района.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК

1. Михайло Куровець, Нестор Гунька. -Основи геології. Підручник для вузів. - львів, 1997р.-694с.

2. Геоєколоия : Учеб. Пособие. - М.: Финансы и статистика, 2005. -320с.

3. Охрана окружающей среды: Учеб. Для горн. И геологических спец. вузов/Под ред. С.А. Брылова и К. Штродки.- М.: Высш.шк., 1985. 272с.

4. Куликова Е.Ю. - Теоретические основы защиты окружающей среды в горном деле. - М.: Горная книга, 2005. -611с.

5. Экология горного производства: Учебник для вузов/ Т.Т. Мирзаев, Б.А. Иванов, В.М. Щербаков, Н.М. Проскуряков. - М.: Недра,1991.-320с.

6. Методические указания к выполнению курсовой работы по гологическим дисциплинам/ Сост.Е.Ф.Шкурский, Ж.И.Долина.-Алчевск: ДГМИ, 1996.- 46с.

7. Экология : геоэкология недропользования: Учебник/А.Г. Милютин, Н.К. Андросова и др.; под ред. А.Г. Милютина. - М.: Высш.шк., 2007.-440с.

8. Певзнер М.Е., Малышев А.А., Мельков А.Д., Умань В.П.Горное дело и охрана окружающей среды: Учеб. Для вузовю-2-е изд. -М. : Издательство Московского государственного горного университета, 2000. -300С.

9. Геологія з основами геоморфології :Підручнік для студентів екологічних і географічних спеціальностей вищіх навчальних закладів/Г.І. Рудько, О.М. Адаменко, О.В. Чепіжко, М.Д. Крочакю -- Чернівці:Букрек, 2010.-400с.

10. Горное дело. Энциклопедический справочник. Том II ; Геология угольных месторождений и маркшейдерское дело. Гл. Редактор А.М.Терпигорев/ Государственное научно-техническое издательство литературы по угольной промышленности. М.: Углетехиздат, 1957.-645с.

Размещено на Allbest.ru