CC BY
46
© С.А. Бобров, В.Е. Кисляков, 2003
УДК 658.511.004.67
С.А. Бобров, В.Е. Кисляков
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ К РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИЙ ВОССТАНОВЛЕНИЯ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
роектирование открытой разработки месторождений полезных ископаемых связано с решением некоторых главных задач, определяющих технические и эко-лого-экономические основы производства горных работ.
К таким задачам относится:
• выбор направления и интенсивности развития горных работ в глубину и по простиранию месторождения;
• определение мощности карьера по полезному ископаемому и по вскрышным работам;
• обоснование контуров карьера;
• определение срока существова-
Пния горного предприятия, способов вскрытия, систем разработки, схем комплексной механизации, в т.ч. технологий восстановления нарушенных земель;
• установление режима ведения горных работ.
При этом необходимо отметить, что за срок существования карьера могут иметь место периоды с весьма неравномерным режимом нарушения и восстановления земель, что нарушает основы природоохранных мероприятий, в т.ч. охрану и рациональное использование земельных ресурсов, рекультивацию при открытой разработке месторождений.
В силу этого возникает необходимость границы карьера, вскрытие и систему разработки устанавливать на основе системного анализа вариантов режима нарушения и восстановления земель за период существования карьера. Затем, на основе выбора наиболее приемлемого режима нарушения восстановления земель устанавливаются проектные контуры карьера, способ вскрытия и система разработки, выполняется календарный план производства горных работ.
Режим нарушения и восстановления земель или режим управления техно-
генного рельефа с оптимальными морфометрическими параметрами, считается установленным, если известен порядок отработки месторождения, направления развития горных работ и календарное распределение площадей нарушения и восстановления (рекультивации) земель по годам существования карьера. При этом разработка горизонтального (пологого) месторождения режим нарушения характеризуется следующими этапами.
1. Этап строительного периода и период первоначальной разработки, пока не будет создано выработанное пространство достаточной емкости для планомерного размещения всего объема вскрыши при дальнейшей разработке. При этом нарушение происходят наиболее интенсивно, а рекультивация земель не производится.
2. Этап основного периода производства работ, когда создаются наиболее благоприятные условия для размещения основного объема вскрыши в выработанное пространство. При этом так же определяются условия для планомерного изъятия земель под горные выработки и их последующего равномерного возвращения землевладельцам и землепользователям.
Таким образом, создание наиболее рационального режима нарушения и восстановления земель при разработке горизонтальных и наклонных месторождений возможно за счет уменьшения площадей внешних отвалов в строительный период и площадей, занимаемых остаточными выработками. Уменьшение площадей внешних отвалов в строительный период возможен за счет оптимизации па-раметров внешних отвалов и вскры-вающих выработок, а уменьшение площадей, занимаемых остаточными выработками, за счет обоснования способов вскрытия.
При разработке наклонных и крутых месторождений режим нарушения и восстановления земель весьма
существенно отличается от рассмотренного режима при разработке горизонтальных и наклонных залежей. В этом случае интенсивное нарушение земель происходит как в период строительства, так и в первые и последующие годы эксплуатации месторождения, за счет того, что площади заняты внешними отвалами и горными выработками. В результате этого в первые 10-15 лет, а иногда и больше, карьеры, разрабатывающие наклонные и крутые залежи, практически не имеют отработанных площадей, где можно выполнить рекультивационные работы. Этот фактор весьма отрицательно влияет на использование земель из-за большого срока их задалживания.
Таким образом, при разработке наклонных и крутых залежей с внешним отвалообразованием режим нарушения земель оказывается весьма неблагоприятным. Несколько улучшить режим нарушения и восстановления возможно за счет интенсивного возведения отвала на проектную высоту и одновременной отсыпки всех отвальных ярусов. Такая схема, по сравнению с поярусной отсыпкой, обеспечит поэтапное отведение земель и рекультивацию в процессе разработки месторождения.
На основании вышеизложенного, одной из основных причин, нарушающих основы природоохранных мероприятий при открытой разработке месторождений, являются недостаточно обоснованные решения по определению контуров карьера, способов вскрытия, технологии вскрышных и отвальных работ в зависимости от установления режима нарушения и восстановления земель. Это приводит к тому, что уже после принятых параметров и технологии горных работ, фактически предопределяются размеры, степень и характер разрушения, которые в большинстве случаев не всегда благоприятные. Следовательно, при этом, безвозвратно теряется часть нарушенных земель из-за экономической нецелесообразности восстановления их по прежнему назначению. Поэтому для рациональных способов вскрытия и технологий горных работ, наименьших затрат и на разработку месторождения и природоохранные мероприятия целесообразно использовать системный анализ как средство решения сложных эколого-технологических и экономических проблем открытой разработки месторождений. Анализ условий, влияющих на характер и степень
нарушения земель, показывает, что управляющими факторами являются контуры карьера, способы вскрытия и параметры вскрывающих выработок, система разработки, схемы комплексной механизации, горно-геологические условия и производственная мощность карьера (рисунок). Они, в свою очередь, взаимосвязаны, влияют друг на друга и, кроме того, зависят от режима нарушения и восстановления земель и срок существования карьера.
Таким образом, характер и степень нарушения, определяемые площади нарушений и ланшафтно-
восстановительных работ, в первооснове зависят от регулируемого распределения объемов вскрыш-ных и отвальных работ (режима нарушения и восстановления) и срока существования карьера.
В соответствии с «Земельным кодексом РСФСР» предприятия при открытой разработке полезных ископаемых обязаны после окончания работ за свой счет привести нарушаемые земли и занимаемые земельные участки в состояние, пригодное для дальнейшего использования их по назначению. Поэтому при проектировании рекультива-ционных работ возникает необходимость в обоснованном выборе направлений рекультивации земель. Направление рекультивации выбирается в соответствии с требованиями дальнейшего
рационального использования нарушенных земель в сельском, лесном, водном или другом виде хозяйственной деятельности. С учетом характера нарушения земель, направление рекультивации может быть выбрано в соответствии с требованиями ГОСТ 17.5.1.02-85. При выборе оптимального варианта направления, наряду с характеристикой техногенного рельефа, весьма важную роль играют морфометрические параметры района разработок, а так же агрофизические и агрохимические свойства пород. Обоснование оптимального варианта направлений рекультивации в зависимости от видов использования земель предполагается осуществлять так же и расчетным путем по максимальной величине чистого годового экономического эффекта, получаемого от реализации товаров и услуг с рекультивированных площадей за минусом предотвращенного экологического ущерба, при наименьшем сроке окупаемости затрат. От принятого направления рекультивации зависят способы рекультивационных работ, которые определяются производством горнотехнических работ, нарушающих почвенно-растительный слой, а так же отличительными особенностями района разработки месторождения.
Способ рекультивации нарушенных земель определяется тем, как производится их восстановление - с нанесением
плодородного слоя или без него. При этом от категории пригодности пород, природных почвенных условий, принятого направления последующего использования восстановленных земель поверхность отвалов формируется по следующей схеме:
1. при сельскохозяйственном направлении:
- плодородные породы + потенциально-плодородные;
- плодородные породы + потенциально-плодородные + экранирующий слой;
2. при лесохозяйственном направлении:
- потенциально-плодородные породы или потенциально-плодо-родные + экранирующий слой.
Мощность рекультивационного слоя должна быть (после усадки) - 8-1,5 м: -для пашни - 1,0 м (в т.ч. плодородный слой почвы - 0,3 м); - сенокосов - 0,7 м (в т.ч. плодородный слой почвы - 0,2 м);
- многолетних насаждений - 0,1 м; -лесных насаждений: хозяйственного назначения - 2,0 м; озелененных - 1,5 м. Мощность экранирующего слоя ориентировано для глин (уплотненных) - 0,40,5 м; песков - 0,5-1,0 м; супесей - 1,01,5 м; суглинков - 1,5-3,0 м.
Мощность и структура рекультивацион-ного слоя должны определяться, также и от типа водного режима, который сложится после окончания горнопланировочных и мелиоративных работ. Так при непромывном режиме уменьшается мощность экранирующего слоя (до 0,2-0,3 м); при выпотном режиме -увеличивается (или создается капилляропрерывающий слой).
Принятые направления и способ рекультивации, в свою очередь, предопределяют возможную схему горнотехнического производства рекультивацион-ных работ: совмещенную, раздельную и комбинированную. При рассмотрении вопроса способов и средств механизации рекультивационных работ следует иметь в виду, что работы по восстановлению земель осуществляются в два последовательных и взаимосвязанных этапа - технический и биологический, имеющих принципиальное различие в средствах, способах и принципах восстановительных работ.
К совмещенным схемам относятся схемы, при которых горнотехнический этап выполняется основным технологическим процессом ведения горных работ. Опыт показывает что, несмотря на некоторое усложнение технологий и организации работ при совмещенных схемах, достигается наибольшая эко-лого-экономи-ческая эффективность,
как горного производства, так и ре-культивационных работ.
К раздельным схемам горнотехнической рекультивации относятся те, при которых рекультивационные работы выполняются независимо от основного технологического процесса ведения горных работ. Причинами обособленного производства рекультивационных работ является, в этом случае, применение различных технологий и средств механизации вскрышных, добычных и отвальных работ. Например, применение гидромеханизации и транспортной технологии на разработке вскрышных уступах, а, следовательно, несоответствие технологических параметров разработки требованиям биологического этапа к установленному направлению рекультивации и несовместимость во времени и пространстве горных работ и работ по рекультивации.
Комбинированные схемы представляют собой различные сочетания элементов совмещенной и раздельной схем. В этих схемах некоторая часть работ или объемов выполняется по совмещенной, а другая часть - по раздельной схеме. Например, селективная разработка и укладка пригодных вскрышных пород в верхнюю часть отвала основным горнотранспортным оборудованием по транспортно-отвальной технологии с последующей планировкой поверхности отва-
ла бульдозером (вспомогательное оборудование) позволяют выбрать сельскохозяйственное направление рекультивации. При этом большая часть объемов вскрышных работ выполняется высокопроизводительным горно-
транспортным оборудованием в процессе ведения вскрышных работ. Комбинированные схемы горнотехнического этапа рекультивации позволяют определять оптимальные варианты режима нарушения и восстановления земель для достижения наилучших эколого-технологи-ческих показателей работы горнодобывающего предприятия.
Таким образом, системный анализ позволил наметить два основных направления повышение эффективности природоохранных мероприятий:
- обоснование оптимальных параметров способов вскрытия и систем разработки на основе изыскания организационно- технологических решений по установлению режимов нарушения и восстановления нарушенных земель, обеспечивающих уменьшение размеров площади теряемых земель и сроков их восстановления;
- обоснование оптимальных режимов нарушения и восстановления нарушенных земель при комбинированных и совмещенных схемах снижения затрат на ландшафтно-восстановитель-ные работы.
