6.2.Рекультивація порушених земель

6.2.1. Оцінка розкривних порід за їх придатністю до біологічної рекультивації

Оцінюючи придатність порід для біологічної рекультивації за певними показниками, можна бачити, що навіть у межах одного родовища їх кількісні характеристики значно відрізняються. Навіть короткий вибірковий аналіз порід засвідчує, що категорії їх придатності до біологічної рекультивації неоднакові і повинні враховуватися при формуванні відвалів, що відводяться в подальшому під її здійснення.

У зв’язку з великою розмаїтістю розкривних порід і необхідністю ідентифікації показників при визначенні придатності розроблена наступна схема класифікації, яка покладена в основу державного стандарту щодо класифікації розкривних порід (табл. 6.1).

6.2.2. Технічний і біологічний етапи рекультивації

Гірничотехнічні способи зняття родючого шару ґрунту. У практиці відкритих гірських робіт як найбільш простий застосовується валовий спосіб, що забезпечує заданий порядок укладання порід у відвал. Для рекультивації порушених земель зазначений спосіб формування відвалу не придатний, тому що виконання поставленого завдання вимагає селективного його формування.

Підготовка поверхні відвалу має важливе значення для подальшого освоєння порушених земель і включає наступні роботи: первинне планування; вторинне планування після усадки порід; селективне укладання порід у відвал. Підготовка поверхні відвалу для рекультивації здійснюється на ділянках, де гірські роботи закінчені, і в подальшому проводитись не будуть. Об'єми первинного планування залежать від устаткування, яким буде проводитись укладання порід у відвал.

Незначні об'єми первинного планування можна здійснювати на бульдозерних, скреперних і екскаваторних відвалах, а також на гідровідвалах.

Таблиця 6.1. Класифікація розкривних порід і ґрунтів за їх придатністю до біологічної рекультивації [6]

Група придатності	Гірська порода, ґрунт	Сухий залишок, %	Додаткові оціночні показники						Необхідні заходи при біологічній рекультивації
			сумарний ефект токсичних іонів	рН (Н2О)	рухомий Al, мг/100м	Na, % від ємності поглинання	фракція <0,01 мм, %	гумус, %
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
I. Придатні: родючі	Гумусований шар повнопро-фільних ґрунтів і слабо еродова-них їх відмін	<0,2	<0,3	5,5- 8,0	<3	<10	>20	>2	Створення ріллі та інших сільськогоспо-дарських угідь

Продовження табл. 6.1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
потенційно родючі	Грунтоутворюючі та інші пухкі породи незасо-лені, сприят-ливого грануло-метричного і мінералогічного складу (леси, лесовидні су-глинки та інші), верхній гуму-совий шар профілю серед-ньо і сильно еродованих відмін ґрунтів	<0,2	<0,3	5,5- 8,0	<3	<5	20-75	<2	Сільськогосподарське використання: а) як підстилаючі породи при створенні ріллі з нанесенням ґрунтового шару; б) безпосередньо під посіви багаторічних бобових трав. Лісова рекультивація. Створення ріллі після поліпшення і проход-ження стадії меліо-ративної підготовки
ІІ. Малопридатні: за фізичними властивостями	Ґрунти і породи піщані, супі-щані, глинисті породи	<0,2	<0,3	5,5-8,0	<3	<5	<20 >75	<2	Глинування або піску-вання при створенні сільськогосподарських угідь, використання в якості підстилаючих порід

Продовження табл. 6.1.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
									Лісова рекультивація після необхідних заходів
за хімічними властивостями	Кислі, середньо засолені, солонцюваті ґрунти і породи. Пухкі крейда і мергель	0,2-0,5	1,0-3,0	3,5- 9,0	3–18	<15	20-75	<2	Меліорація: вапну-вання, промивання, гіп-сування. Лісопосадки після меліорації і необхідних агротех-нічних заходів. При створенні сільськогос-подарських угідь вико-ристання в якості підстилаючих порід після меліорації та за умови нанесення ґрун-тового шару

Закінчення табл. 6.1

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
III. Непридатні: за фізичними властивостями	Породи скельні, тверді сланці, конгломерати								Покриття порід, не-придатних для безпо-середньої рекульти-вації, шаром придатних порід потужністю не менше 2 м
за хімічними властивостями	Солончаки, солонці, сульфатовмісні сильно засолені породи	>0,5	>3,0	>9,0 <3,5	>18	>15	Різний грану-ломе-трич-ний склад	<2	Для створення ріллі ізолюються шаром придатних порід. При безпосередньому використанні порід потрібна хімічна меліорація (промивання, гіпсування, вапнування високими дозами)

В

Рис. 6.5. Способи планування ділянки, що рекультивується:

а – суцільне; б – терасами;

в – часткове

еликі обсяги плану-вальних робіт доводиться проводити на відвалах, відсипаних драглайнами, консольними відвало-утворювачами і транс-портно-відвальними мос-тами.

Н

Рис. 6.6. Планування поверхні слідом за переміщенням фронту відвальних робіт

апрямок майбутнього освоєння по-рушених земель визначає характер планувальних робіт (суцільне, терасове, часткове).

Суцільне планування повер-хні проводиться для сільсько-господарського освоєння земель, терасове – під заліснення і садівництво, часткове – для лісогосподарських потреб (рис. 6.5).

Доцільно здійснювати пла-нування поверхні відвалу в період експлуатації родовища в міру переміщення фронту робіт. Через простоту технології, планування поверхні бульдо-зером (рис. 6.6) є найбільш розповсюдженим. Бульдозер при русі вперед, зрізує лемешем підняті ділянки. Одно-часно відбувається нагромад-ження, переміщення і розвантаження ґрунту на найближчих місцях з більш низькими відмітками поверхні. При роботі бульдозера на похилих ділянках зрізати ґрунт доцільно при русі під ухил для того, щоб використовувати силу ваги машини. При зворотному ході бульдозера леміш необхідно піднімати.

На відвалах, що складаються з пухких порід, доцільно здійснювати планування поверхні скрепером. Його проводять окремими заходками, починаючи від межі відвального поля. Скрепер зрізує, транспортує й укладає породу, створюючи рівнинний рельєф на поверхні відвалу. Довжина запланованої (вирівняної) ділянки не повинна перевищувати 500 м – для причіпних і 2000 м – для самохідних скреперів. Вторинне планування відвалу проводиться після повної усадки порід у н

Рис. 6.7. Планування поверхні відвалу за допомогою планувально-відвального пристрою

1 – лебідка; 2 – пристрій планувально-відвальний

ьому.

Для планування відвалів з висотою гребенів від 2 до 10 м застосовують планувально-відвальний пристрій із шириною захвату 4,5 м. Порядок його роботи наступний. На початку майданчика, відведеного під планування, встановлюють тягові лебідки на відстані 120–150 м одна від одної (рис. 6.7). Планувальний пристрій при поступальному русі у двох напрямках врізається в ґрунт, зрізає і переміщує його у міжгребеневий простір. При такому способі виключається холостий хід планувального пристрою, так як він працює за схемою човника.

По мірі планування поверхні відвалу самохідні лебідки пересуваються на нове місце перпендикулярно до ходу планувального пристрою. Попереду самохідних лебідок поверхня відвалу планується бульдозером, що забезпечує їх безперешкодне просування.

Планування поверхні відвалу драглайнами дає позитивні результати, коли висота гребенів перевищує 10 м (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Планування поверхні відвалу драглайном	Рис. 6.9. Планування поверхні відвалу драглайном зі спеціальним ковшем

Екскаватор забирає ґрунт і висипає в міжгребеневий простір. У результаті утворюється ряд гребенів меншої висоти, які плануються ковшем екскаватора.

Гребені більш раціонально планувати спеціальним ковшем без задньої стінки. При цьому драглайн пошарово згрібає ґрунт у міжгребеневий простір (рис. 6.9). Застосування даної схеми дає можливість досягати високої продуктивності при незначних енерговитратах. Загальний недолік планування відвалів драглайнами полягає в тому, що їх можна застосовувати тільки на пухких породах.

Підготовка поверхні відвалу для біологічного відновлення можлива за допомогою хімічної меліорації ґрунтів або створення шару з ґрунтів, придатних для росту і розвитку рослин. Але хімічна меліорація не завжди дає бажаний ефект. Більш ефективним є селективне формування площ відвалів.

Розглянемо оптимальні схеми гірничотехнічної рекультивації селективно сформованих відвалів, площі яких призначені для послідуючої біологічної рекультивації. Можливі різні варіанти технологічних схем гірничотехнічної рекультивації з використанням колісного транспорту і зовнішнім утворенням відвалів.

У

Рис. 6.10. Схема селективного відвалоутворення із застосуванням механічної лопати, відвалоутворювача і драглайна при потужності розкривних порід 16 м

кладання нетоксичних розкривних порід у відвал не потребує додаткових технічних заходів. Привезений потенційно родючий ґрунт розвантажується у вигляді окремих конусів по всій спланованій площі відвалу. Від-стань між конусами залежить від потуж-ності шару, який нама-гаються створити. Потенційно родючі ґрунти укладаються товщиною не менше 1 м. Із збільшенням по-тужності шару від-стань між конусами скорочується. На спла-новану поверхню укла-дають родючий шар товщиною понад 0,3 м. Підготовлена таким способом площа, як правило, використо-вується в сільському господарстві.

У випадку, коли розкривні породи не токсичні, але складені міцними скельними породами, на поверхню відвалу слід укладати пухкі, придатні для росту і розвитку рослин ґрунти шаром більше 1 м. В подальшому таку площу доцільно використовувати під зелену зону (насад-ження дерев і чагарників). За від-сутності потенційно родючих ґрунтів для біологічної рекуль-тивації можна вико-ристовувати безплід-ні ґрунти, але із внесенням у них достатньої кількості мінеральних добрив. Ділянки рекомендують використовувати для посіву трав і садіння чагарників. Спланована поверхня відвалу повинна бути р

Рис. 6.11. Укладання родючих ґрунтів віяловим способом у внутрішній відвал

івною, з невеликим ухилом (1–2°) для стоку надлишкових атмосферних опадів. Рельєф спланованої поверхні має забезпечувати нормальну експлуатацію машин при виконанні різних робіт. У період проведення гірничотехнічної рекультивації до кожної ділянки повинні бути влаштовані під’їздні шляхи.

Проведення біологічної рекультивації на токсичних розкривних породах можливе за умови створення захисного шару, що екранує (перериває) капілярне підняття солей з нижніх горизонтів у верхні. Потужність цього шару залежить від типу породи і повинна складати не менш 0,4 м. Екрануючий шар створюється із щебеню і не токсичних глин, а при необхідності збереження атмосферних опадів – із суміші щебеню і нетоксичних глин.

На більшості відпрацьованих відвалів просторова розмаїтість ділянок, складених із сприятливих і токсичних порід, ускладнює, а іноді і виключає можливість диференційованого підходу до їх рекультивації. Зазначене ускладнення обумовлене проникненням солей з токсичних порід разом з атмосферними опадами, внаслідок чого придатні для росту і розвитку рослин ділянки поступово перетворюються в непридатні, що потребує створення екрануючого шару на всій поверхні відвалу.

Застосовуючи безтранспортну систему розробки, непридатні для подальшого використання породи укладають у вироблений простір кар'єру. При цьому досить важливо правильно вибрати технологію їх укладання у відвал, щоб забезпечити мінімальний об'єм планування поверхні. Технологічна схема укладання порід у внутрішній відвал за допомогою драглайна показана на рис. 6.10. В міру переміщення фронту відвальних робіт проводять первинне планування поверхні внутрішнього відвалу бульдозером.

Після усадки порід необхідно здійснити вторинне їх планування для усунення нерівностей, які при цьому виникли. На сплановану поверхню відвалу укладають потенційно родючі породи і родючий ґрунт. При наявності токсичних порід створюють захисний (екрануючий) шар.

Позитивною стороною технології гірничотехнічної ре-культивації при внутрішньому відвалоутворенні є відсутність ви-положування і терасування укосів відвалу. Недолік зазначеного способу – великий об'єм планувальних робіт.

Д

Рис. 6.12. Схема селективного відвалоутворення із застосуванням драглайнів

ля зниження об'ємів планування поверхні внутрішніх відвалів застосовують вія-лову схему укладання роз-кривних порід. За цією схемою (рис. 6.11) роз-кривні породи складують шарами по дузі на радіус розвантаження екскавато-ра. Кут повороту екскава-тора змінюється від 0 до 90°, рахуючи від напрямку переміщення його уздовж фронту робіт. В міру збільшення кута повороту міжгребеневий простір скорочується. Максимальна відстань між гребенями по фронту робіт дорівнює кроку перемі-щення екскаватора. Зменшення кроку пересування дозволяє більш рівномірно розмі-щувати розкривні породи у відвал і скоротити об'єм планування. Створення відвалів вирівняної форми (повне віялове укладання) при використанні на розкривних роботах драглайнів можливе при потужності розкривних порід до 20 м і ширині заходки не більш 40 м (рис. 6.12).

Рис. 6.13. Технологічна схема рекультивації дражних відвалів:

1,5 – екскаватор; 2 –драга; 3 –дражні відвали; 4 – внутрішні відвали;

6 – ділянки, що рекультивуються; 7 – лісонасадження; 8 – водойма

При розробці розсипних родовищ порядок виконання рекультиваційних робіт залежить від прийнятої технології відпрацьовування кар'єрного поля. Використання дражного способу дозволяє відпрацьовувати розкривні породи екскаватором з укладанням їх у вироблений простір (дражні відвали) (рис. 6.13).

Вирівнювання поверхні відвалів і формування рельєфу ділянок, що рекультивуються, здійснюють екскаватором, а остаточне планування відвальних ділянок проводять бульдозерами. Для виключення заболочування і створення сприятливих умов відновлення гідростатики ґрунтових вод на рекультивованій ділянці створюють штучну водойму.

Розробку пухких розкривних порід здійснюють виймально-навантажувальним устаткуванням із застосуванням роторних комплексів. Укладання порід здійснюється транспортно-відвальними мостами або конвейєрними відвалоутворювачами.

Досягнувши проектної висоти відвалу, проводять первинне планування поверхні ділянки за умови, що гірські роботи на ньому вестися не будуть. Після усадки порід здійснюють вторинне планування й укладають потенційно родючі породи потужністю 2,0–2,5 м, а за необхідності – шар родючого ґрунту потужністю 0,5 м (рис. 6.13). У період проведення гірничотехнічної рекультивації виположують укоси і створюють тераси (рис. 6.14).

Рис. 6.14. Рекультивація зовнішніх відвалів

Біологічний етап рекультивації. В процесі біологічної рекультивації дуже важливо правильно підібрати культури, які в подальшому забезпечили б інтенсивне покращання рекультивованих земель, і давали високі врожаї. В перші роки слід вирощувати менш вибагливі до ґрунтових умов культури, або ті, що покращують стан ґрунту: багаторічні та однорічні бобові і злакові трави, гречку, овес і т.п. На другому етапі можна вирощувати озимі та ярі зернові культури. Після закінчення періоду фітомеліорації, якщо дозволяють умови, можна культивувати просапні (кормові буряки, картоплю, капусту та ін.).

В перші роки краще висівати багаторічні трави: конюшину, люцерну, буркун білий. Добрий ефект дають травосумішки бобових і злакових трав. Для покращення їх росту рекомендується вносити органічні і мінеральні добрива в дозі 30-40 т/га гною та півтори норми мінеральних добрив.

Однорічні трави також впливають на родючість ґрунтів і за своєю позитивною дією можнуть бути порівняні з багаторічними травами. Найбільш широке застосування в останні роки на рекультивованих землях отримала вико-вівсяна та горохо-вівсяна сумішки.

Непогані результати дає також люпин, який ефективно вирощувати як першу культуру в складі сидеральної сівозміни, що в деякій мірі замінює внесення органічних добрив і суттєво здешевлює заходи з окультурення порушених земель. Люпин може вирощуватись на корм чи зелену масу, як проміжна культура, або сидерат.