CC BY
203
УДК 622.333
Щелканов Николай
Сергеевич
Nikolai Shchelkanov
Овешников Юрий Михайлович Yuri Oveshnikov
Субботин Юрий Викторович Yurii Subbotin
РЕКУЛЬТИВАЦИЯ ОТВАЛОВ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО КРАЯ
RECLAMATION OF TAILINGS DUMPS AT COAL MINES OF ZABAYKALSKY REGION
Рассмотрены негативные последствия ведения открытых горных работ на угледобывающих предприятиях Забайкальского края. Дана характеристика технологий разработки и последствий горных работ для Харанорского и Татауровского буроугольных месторождений. Приведен перечень основных мероприятий по восстановлению нарушенных земель. Предложена экскаваторная технология рекультивации, позволяющая спланировать внутренние отвалы вскрышных пород без привлечения дополнительной техники и горного оборудования. Представлены основные формулы для определения параметров экскаваторных отвалов под лесохозяйственные и сельскохозяйственные виды использования, а также для расчета объемов работ драглайна при рекультивации и производстве вскрышных работ
Ключевые слова: окружающая среда, рекультивация, разрез, месторождения угля, нарушенные земли, способы отвалообразования, отвал вскрышных пород
The negative impacts of surface mining at coal mines of Zabaikalie region are observed. The characteristic of the technology development and the effects of mining for Kharanorskaya and Tataurovsky lignite deposits are given. A list of the main activities to restore damaged land is suggested. Excavator remediation technology, which allows the internal plan of overburden dumps without additional equipment and mining equipment, is proposed. The basic formula for determining the parameters of excavation piles under forestry and agricultural uses, as well as to calculate the amount of work in restoration and dragline stripping production is described
Key words: environment, reclamation, sections, coal, disturbed land, methods dumping, blade overburden
Горнодобывающие предприятия представляют собой комплексный источник негативного влияния на окружающую среду. При этом открытый способ разработки месторождений полезных ископаемых ха-
рактеризуется наиболее высокой степенью опасности, интенсивности и воздействия на компоненты природы. Так, например, в результате производства открытых горных работ зона их отрицательного воздействия
на природную среду в несколько раз превышает площадь, занятую непосредственно карьерными выемками.
Как правило, площадь земельного отвода (отчуждаемые земли открытых горных разработок) включает нарушенные (60...95 %) и ненарушенные (5...40 %) территории. К нарушенным относятся земли, занятые горными выработками, отвалами, хвосто- и шламохранилищами, про-мплощадками, транспортными и другими коммуникациями, а к ненарушенным — охранные зоны, площади между зданиями, сооружениями и под застройку [8].
В соответствии с действующим природоохранным законодательством, все горнодобывающие и перерабатывающие предприятия обязаны осуществлять ре-культивационные работы, т.е. комплекс горнотехнических, инженерных, мелиоративных, сельскохозяйственных и гидротехнических мероприятий, направленных на восстановление биологической продуктивности, хозяйственной ценности нарушенных земель и улучшение состояния окружающей среды с учетом хозяйственных, природоохранных, культурных, эстетических, санитарно-гигиенических и других требований общества [3, 4, 5, 6, 9].
Визуально видимые и значительные по площади геомеханические нарушения земной поверхности особенно характерны для угольных разрезов, разрабатывающих горизонтально- и пологозалегающие пласты. В покрывающих и подстилающих вскрышных породах большинства угольных месторождений встречаются токсичные элементы: ртуть, свинец, мышьяк, кадмий, цинк и др. Это обстоятельство значительно усложняет восстановление нарушенных земель. Горные породы, содержащие токсичные элементы, сложно использовать в дальнейшем при рекультивации. Их необходимо размещать на глубине не менее 1,5.3,0 м от поверхности [1, 2].
Практика работы разрезов Забайкальского края, осуществляющих открытую разработку буроугольных месторождений, показывает, что основными объектами нарушения рельефа и загрязнения окружаю-
щей среды, в том числе поверхностных и подземных вод, а также воздушного бассейна являются отвалы вскрышных пород. Установлено, что под отвалы отторгаются десятки тысяч гектаров земель, пригодных для сельскохозяйственной деятельности. При этом в течение нескольких десятков лет на разрезах не соблюдались требования Федерального закона об охране окружающей среды, т.е. складирование вскрышных пород, как правило, производилось на предварительно снятый потенциально-плодородный слой, который представляет особый интерес с точки зрения сохранения в нем питательных веществ и целесообразности использования его в дальнейшем на биологической стадии рекультивации. Поэтому проблема восстановления продуктивности нарушенных земель и устранения или снижения до минимума последствий вредного воздействия угольных разрезов Забайкальского края на земельные ресурсы имеет важное экономическое и социальное значение.
В настоящее время данная проблема требует решения, т.к. связана с сохранением и использованием одного из ценнейших даров природы — почвы и ее плодородия [7]. Следовательно, все задачи по изысканию способов и технологий, позволяющих использовать потенциально-плодородный слой вскрышных пород для восстановления нарушенных горными работами земель, а также исследования по оценке содержания питательных веществ в верхней части рекультивируемых участков, предназначаемых для использования в агросистемах, являются актуальными.
На разрезе «Восточный» применяется бестранспортная система разработки с применением на производстве вскрышных работ шагающего экскаватора марки ЭШ-10/70. При этом весь объем вскрышных пород предусмотрено размещать во внутренние отвалы. К началу 2014 г. открытыми горными работами будет нарушено более 700 га земель, в том числе луговая растительность с редколесьями [10].
ОАО «Разрез Харанорский» является крупнейшим угледобывающим предпри-
ятием Забайкалья, обеспечивающим в значительных объемах потребность в энергетических углях восточные регионы Российской Федерации.
На разрезе «Харанорский» применяется комбинированная система разработки. На бестранспортной вскрыше используются отвальные шагающие экскаваторы - ЭШ-13/50 и ЭШ-10/70. На автотранспортной вскрыше — забойные экскаваторы ЭКГ-12,5 и автосамосвалы: БелАЗ-7519 и БелАЗ-75131.
Для вывозки вскрышных пород железнодорожным транспортом на внутренний и внешний отвал используются думпкары 2ВС-105 и тепловозы ТЭМ-7, ТЭ-3, 2ТЭ-10В.
Для уменьшения вредного влияния открытых горных работ на окружающую сре-
ду рабочими проектами предусматривается проведение специальных мероприятий и работ. Главной из них является рекультивация поверхности отвалов и возвращение земель народному хозяйству.
Процесс рекультивации принято делить на два последовательно выполняемых комплекса работ по восстановлению нарушенных земель: горнотехнический и биологический этапы рекультивации (см. таблицу) [3, 5, 7, 10].
Целью первоначального горнотехнического этапа рекультивации является подготовка территории для освоения и приведение нарушенных земель в пригодное состояние. Целью второго этапа — восстановление плодородия нарушенных земель.
Основные мероприятия по восстановлению нарушенных земель
Этапы рекультивации Мероприятия
Горно-технический Селективное формирование отвалов с покрытием их поверхности плодородным слоем
Планирование поверхности отвалов, формирование террас
Приведение в устойчивое состояние откосов отвалов и бортов карьеров их террасирование
Упрочнение поверхности, технологические схемы технической рекультивации отвалов от водной и ветровой эрозии
Утилизация пород отвалов в промышленности и строительстве в качестве стройматериалов и наполнителей бетона
Ремонт нарушенных земель, их уплотнение и планировка
Биологический Временное озеленение, нанесение на поверхность биологически активного слоя
Нанесение на поверхность отвалов и других рекультивируемых земель плодородного слоя почвы, внесение удобрений
Озеленение, подбор наиболее благоприятных пород деревьев, кустарников, трав
Полное восстановление биологического потенциала нарушенных земель
Постоянное проведение противоэрозионных мероприятий
Восстановление эстетической ценности нарушенных территорий
При выполнении горнотехнического этапа наиболее трудоемким мероприятием является процесс планирования поверхности отвалов.
Годовой объем работ по планировке отвала (Упл, м3) определяется по формуле
Упл = Ь х В х д(\ + р), (1)
где L — длина линии отвальной отсыпки, м;
В — годовое подвигание забоя, м; д — удельный объем планировки при полном выравнивании отвала, м3/м2;
ф — коэффициент, учитывающий необходимость повторной планировки при усадках массива отвала (по данным практики ф = 0,2...0,3).
Покрывающие породы на угольных разрезах Забайкальского края, как правило, мягкие и представлены супесями, пес-
чаниками, аргиллитами и алевролитами. Поэтому при бестранспортной системе разработки на разрезе «Восточный», а также при отработке нижних уступов на разрезе «Харанорский» производство вскрышных работ осуществляется прямой укладкой покрывающих пород в выработанное пространство драглайнами типа ЭШ-10/70. При этом горнотехническая рекультивация нарушенных земель отстает во времени и пространстве от ведения вскрышных и отвальных работ и производится с применением бульдозерной техники.
Известны различные способы механизации работ при отвалообразовании и восстановлении поверхности нарушенных земель, отличающиеся многообразием в зависимости от горногеологических условий залегания месторождения, характеристики полезного ископаемого и вмещающих пород, а также от применяемой технологии ведения открытых горных работ.
Для повышения эффективности отвальных работ и восстановления поверхности земель, нарушенных открытыми горными работами, нами предложена и
апробирована на угольном разрезе «Восточный» экскаваторная технология рекультивации вскрышных отвалов. Данная технология разработана сотрудниками кафедры ОГР ЗабГУ. Она успешно прошла промышленные испытания на прииске «Дальнетайгинский» ПО «Лензолото» для восстановления нарушенных земель при разработке золотоносных россыпных месторождений.
Данная технология относится к частично совмещенным технологическим схемам формирования откосов и рекультивации отвалов на угольных разрезах и предусматривает применение экскаватора-драглайна, одновременно выполняющего вскрышные работы (выемку и размещение в нижней части внутреннего отвала покрывающих пласт песчаников и неплодородных пород) и рекультивацию, включающую предварительное снятие и временное складирование почвенного покрова и потенциально-плодородных пород на рабочий борт разреза, а также нанесение его при обратном ходе драглайна на слой песчаника ^м. рисунок).
Экскаваторная технологическая схема формирования откосов и рекультивации внутренних отвалов вскрышных пород на угольных разрезах: 1 - драглайн; 2 - отвалы песчаников и неплодородных пород; 3 - спланированные отвалы; 4 - предварительно снятые плодородный и потенциально-плодородный слои породы
Экскаваторная технологическая схема формирования откосов и рекультивации внутренних отвалов вскрышных пород на угольных разрезах осуществляется следующим образом.
Шагающий экскаватор типа ЭШ-10/70 устанавливается на подуступе и производит выемку плодородного и потенциально-плодородного слоев породы на всю высоту первого подуступа верхним черпа-
нием. Эти породы временно складируются на рабочем борту разреза. Одновременно производится выемка крепких песчаников и неплодородных пород второго подуступа нижним черпанием и складирование их во внутренние отвалы. При обратном ходе драглайна плодородный и потенциально-плодородный слои породы, временно размещенные на рабочем борту разреза, переэк-скавируются в выработанное пространство разреза поверх песчаников и неплодородных пород. Одновременно шагающий экскаватор производит выполаживание откоса и грубую планировку отвала.
При складировании пород вскрыши в один ряд на рабочем борту угольного разреза объемы рекультивации и параметры экскаваторных отвалов под лесохозяйственное и сельскохозяйственные виды использования предлагается определять по формулам:
1. Высота отвала (И, м)
И =
\КРНЭВ3
щр
где К — коэффициент разрыхления пород, (К, =' 1,3);
— глубина вскрыши, м; Вэ — ширина экскаваторной заходки, м; р — угол естественного откоса отвала, град (р = 38°).
2. Ширина основания отвала (А, м)
А = 2И щр.
(3)
ла после рекультивации (Ир, м)
И. = I ВЛК'
2КрИрИ
Ь = -
1 -
сЩа + ^р
ВэККр
(5)
I а + ^р
5. Площадь поперечного сечения ре-
культивируемого отвала (Я, м2)
8 = (И — Ь)2с^р [1 + +С^р*зт2а (^(Р—а)+С^а)].
(6)
Тогда объем рекультивации на площади 1 га при сплошном складировании пород вскрыши в один ряд вдоль борта угольного разреза (Уо, м3/га) будет равен:
Уо =
104 5
А + 1р
(7)
(2)
3. Максимальная высота гребня отва-
(4)
I ^а + ^Р
где а — угол откоса отвала при рекультивации в сторону угольного разреза (при лесохозяйственном направлении биологического этапа рекультивации а = 10°, при сельскохозяйственном — а = 3...5о).
4. Расстояние перемещения пород вскрыши от основания экскаваторного отвала в направлении к центру угольного разреза м)
Предложенная экскаваторная технология рекультивации позволяет спланировать внутренние отвалы вскрышных пород без привлечения дополнительной техники и горного оборудования.
Таким образом, применение экскаваторной технологии отвалообразования и рекультивации на основе предложенного вида технологического оборудования позволяет восстанавливать нарушенные земли (спланировать внутренние и внешние отвалы вскрышных пород) под дальнейшее лесотехническое и сельскохозяйственное использование, обеспечивая устранение зоны негативного влияния пылящих отвалов угледобывающих предприятий.
Зона влияния пылящих поверхностей внешних и внутренних отвалов вскрышных пород угледобывающих предприятий устраняется путем применения экскаваторной технологии горно-планировочных работ с использованием вскрышного экскаватора-драглайна.
Объемы рекультивации нарушенных земель на площади 1 га при сплошном складировании пород вскрыши в один ряд вдоль рабочего борта угольного разреза, а также удельные затраты на рекультивацию определяются в зависимости от мощности вскрыши и параметров отвалообра-зования.
Литература
1. Анистратов Ю.И. Технология открытой добычи руд редких и радиоактивных металлов. М.: Недра, 1988. 430 с.
2. Анистратов Ю.И. Технология открытых горных работ. М.: Недра, 1984. 287 с.
3. Коваленко В.С., Штейнцайг Р.М., Голик Т.В. Рекультивация нарушенных земель на карьерах. М.: МГГУ, 2003. Ч. 1. 65 с.
4. Мирзаев Г.Г., Иванов Б.А., Щербаков В.М., Проскуряков Н.М. Экология горного производства. М.: Недра, 1991. 320 с.
5. Овсейчук В.А., Овешников Ю.М., Лизункин В.М. Охрана окружающей среды при добыче твердых полезных ископаемых. Чита, ЧитГУ. 298 с.
6. Русский И.И. Отвальное хозяйство карьеров. М.: Недра, 1971. 240 с.
7. Субботин Ю.В., Овешников Ю.М., Авдеев П.Б. Процессы открытых горных работ. Чита: ЧитГУ, 2009. 334 с.
8. Томаков П.И.,Коваленко В.С. Рациональное землепользование при открытых горных работах. М.: Недра, 1984. 236 с.
9. Трубецкой К.Н.,Краснянский Г.Л., Хронин В.В., Коваленко В.С. Проектирование карьеров. М.: Высшая школа, 2009. 694 с.
10. Щелканов Н.С. Исследование почв после проведения рекультивации на разрезе «Восточный» ОАО «Читауголь» // Вестник ЧитГУ. Чита: ЧитГУ, 2009. № (52). С. 161-166.
Коротко об авторах_
Щелканов Н. С., аспирант, Забайкальский государственный университет (ЗабГУ) [email protected]
Научные интересы: исследование рекультивации нарушенных земель открытыми горными работами, возможность использования вскрышных отвалов на угольных разрезах для лесохозяйственного и сельскохозяйственных направлений
Овешников Ю.М., д-р техн. наук, профессор, зав. каф. «Открытые горные работы», Забайкальский государственный университет (ЗабГУ) [email protected]
Научные интересы: охрана окружающей среды, снижение негативного воздействия на компоненты природной среды
Субботин Ю. В., д-р техн. наук, доцент, профессор каф. «Открытые горные работы», Забайкальский государственный университет (ЗабГУ [email protected]
Научные интересы: открытая разработка угольных, рудных и россыпных месторождений, охрана окружающей среды
_Briefly about the authors
N. Shchelkanov, post graduate student, Zabaikalsky State University (ZabGU)
Scientific interests: study revegetation open pit mining, use of overburden dumps for coal mines for forestry and agricultural areas
Y. Oveshnikov, Doctor of technical sciences, professor, head of the Opencast mining department, Zabaikalsky State University (ZabGU)
Scientific interests: environmental protection, reduction of negative impact on environmental components
Y. Subbotin, Doctor of technical sciences, associate professor, professor, Open cast mining department, Zabaikalsky State University (ZabGU)
Scientific interests: open pit coal, ore and placer deposits, environmental protection
