Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Экология arrow Технологии рекультивации и обустройство нарушенных земель в Западной и Восточной Сибири

РЕЗУЛЬТАТЫ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ УГЛЕПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ И ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ ГОРНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В ФОРМИРОВАНИИ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ ПРИ ДОБЫЧЕ УГЛЯ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

В угледобывающих регионах Центральной и Восточной Сибири формируется новый тип техногенных ландшафтов - горнопромышленные ландшафты в виде рекультивированных породных отвалов. Результаты полевых экспедиций по изучению состояния последних в районах с масштабной добычей угля открытым способом указали на снижение качественных и количественных характеристик рекультивированного почвенного слоя относительно природных ландшафтов, потери плодородных почвенных слоев при добыче угля открытым способом находятся на уровне 85-90 % и др. К настоящему времени горизонтальные поверхности породных отвалов, рекультивированных под пашню, деформированы усадочными процессами, произошедшими в теле отвалов. Кроме того, выявлены обстоятельства и многочисленные факты разрушения целостности рельефа породных отвалов образующимися оврагами. Как известно, овраг - форма рельефа в виде относительно глубоких и крутосклонных незадернованных ложбин, образованных временными водотоками. Процесс оврагообразования является мало- или неуправляемым и непрерывным во времени. Овраго- образование сопровождается постоянным изменением морфологического состава пород, участвующих в формировании рельефа горно-промышленных ландшафтов. Как это ни парадоксально, но наиболее масштабно процесс оврагообразования проявляется на породных отвалах с идеально спланированной горизонтальной поверхностью.

Породные отвалы, отсыпанные при разработке месторождений Канско-Ачинского угольного бассейна (рис. 3.1), вскрышная толща которых сложена рыхлыми горными породами, разрабатываемыми без применения буровзрывных работ, наиболее подвержены воздействию водной эрозии. Морфологический состав породных отвалов угольных разрезов Канско-Ачинского бассейна представляет собой техногенную смесь из вскрышных пород (суглинки, супеси, глины, почвенные слои, углистые аргиллиты, уголь при зачистке пластов, песчаники и т.п.). Большой удельный вес четвертичных (мягких) отложений (75-85 %) в структуре пород отвала, интенсивное таяние снежного покрова на поверхности отвала, летние затяжные ливневые дожди способствуют интенсивному разрушению целостности рельефа отвалов под влиянием водной эрозии. В результате экологическое равновесие, формирующееся на рекультивированных отвалах, нарушается.

На разрезе «Березовский» породные отвалы отсыпают с 1974 г. Пионерные внешние отвалы имеют устойчивый рельеф. К настоящему времени в секторе производства горных работ в выработанном пространстве разреза размещен внутренний породный отвал, который разрушается водными потоками (центральный сектор

Горно-промышленные ландшафты на породных отвалах угольных разрезов, формируемые при воздействии водной эрозии

Рис. 3.1. Горно-промышленные ландшафты на породных отвалах угольных разрезов, формируемые при воздействии водной эрозии: а - внутренний отвал разреза «Березовский»; б - внутренние отвалы разреза «Назаровский»; в - внешний отвал «Северный» разреза «Бородинский»; г - внешний отвал «Западный» разреза «Бородинский»

рис. 3.1а). Водная эрозия формирует поверхность породного отвала в виде многочисленных водопропускных канав сечением от 1,0 до 3,5 м2. Комбинация канав имеет в плане вид сетки. Поскольку воздействие эрозии постоянное, то и растительность в этом секторе полностью отсутствует. Также на территории внутренних отвалов имеются одиночные промоины на откосах. Всего на территории разреза 151 канава и 17 мелких оврагов.

На разрезе «Назаровский» породные отвалы отсыпают с 1950 г. В настоящее время добыча угля производится на двух участках угольного месторождения, которые в перспективе должны сомкнуться в один карьер. На месте отработанного угольного пласта также размещают внутренние отвалы вскрышных пород. На отработанной части месторождения сформирован горно-промышленный ландшафт, состоящий из следующих элементов рельефа. Нерабочий борт карьера засыпан инертной подушкой из вскрышных пород с углом откоса до 30°. Откосы внутренних отвалов сочленяются в плане с откосом насыпи над угольным пластом. В результате образуется локальное понижение рельефа, в котором скапливаются талые и дождевые воды. Последние представляют собой концентрированные водные потоки, размывающие откосы техногенного рельефа (рис. 3.16). В этой части горизонтальные поверхности внутренних отвалов спланированы на разных высотных отметках, поэтому искусственно формируются значительные водосборные площади, с которых талые и дождевые водотоки переливаются с более высоких плато на менее низкие. Всего на территории горно-промышленного ландшафта, созданного с 1970 по 1995 г., действует 21 овраг, формирующий вторичный рельеф, и более 100 водопропускных мелких канав, принимающие участие в трансформации рельефа.

На разрезе «Бородинский» породные отвалы отсыпают с 1950 г., на них широко распространены начальные эрозионные формы в виде промоин (рытвин), приуроченные к откосам незадернованных склонов отвалов. В плане такие формы имеют линейную форму на откосах и извилистую форму - на поверхности отвалов (рис. 3.1 в, г). Генеральный продольный профиль их соответствует направлению и форме склона, на котором они развиты. Всего на откосах и поверхности отвалов насчитывается 34 промоины, самые крупные из которых дали начало активному формированию локальных овражнобалочных систем. Обобщенные показатели породных отвалов представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Характеристики породных отвалов действующих разрезов Канско-Ачинского угольного бассейна

Угольный разрез

Возраст отвала, лет

Географические

координаты

Размеры в плане, м

Назаровский (внутренние отвалы)

более 40

55°58/33//с.

90°25 29 в.

4 800x3 900

Березовский (внутренние отвалы)

13-15

55°40 25 с.

89° 12 04 в.

1200x500

Бородинский (Северный внешний отвал)

более 30

55°52 50 с.

94°49'47//в.

1 100x1300

Бородинский (Западный внешний отвал)

более 40

55°51 50 с.

94°49 59 в.

1 100x420

На протяжении ряда лет (с 2000 г.) на разрезе «Бородинский» систематически отслеживалось формирование двух наиболее крупных оврагов - на внутреннем отвале в выработанном пространстве разреза и на внешнем отвале «Западный» (рис. 3.2).

Практика показывает, что отсыпка вскрышных отвалов по ГОСТам и методикам 1970-1980 гг. резко снижает экологическую эффективность материальных и финансовых затрат угольных разрезов - сокращается площадь рекультивированного отвала, сокращается площадь естественно-природного ландшафта, на котором отсыпан отвал. Кроме того, к негативному экологическому воздействию на окружающую природную среду мы причисляем вынос из тела отвала углесодержащих пород, которые при контакте с атмосферным воздухом начинают возгораться, - в результате в атмосферу попадают оксиды углерода, азота, сернистый газ, бензапирен и др.

Формирование овражно-балочных систем на породных отвалах имеет двоякий экологический негативный аспект: с одной стороны, сокращается площадь рекультивированного отвала, уходящего под овраг, а с другой - вынос горных пород из тела отвала сокращает: а) площадь рекультивированных нижележащих ярусов отвала; б) площадь земель, находящихся в природном состоянии. Как показывает анализ морфологического состава пород, выносимых из тела отвалов, это аргиллиты и углистые аргиллиты, некондиционный уголь. Эти породы обладают низкой биологической продуктивностью, поэтому весьма длительное время вывалы горных пород не

Фрагменты формирующегося оврага на отвале «Западный»

Рис. 3.2. Фрагменты формирующегося оврага на отвале «Западный»: а - стартовая водосборная канава глубиной до 1,0м; б - средняя часть оврага на поверхности отвала глубиной 1,5-2,Ом; в-место перехода оврага с поверхности на откос отвала; г - откосная часть оврага

подвержены зарастанию травянистой и древесно-кустарниковой растительностью. В этих условиях финансовые, материальные затраты на рекультивацию земель и человеческий труд совершенно бессмысленны.

Отвал «Западный» был отсыпан в 1970-е гг. В его южном секторе в приоткосной полосе по верху отвала карьерным экскаватором была пройдена траншея для сбора и аккумуляции талой и дождевой воды. Однако такая конструкция отвала сыграла крайне негативную роль в обеспечении целостности рельефа отвала. Собранная вода подмыла внешний - южный - борт траншеи. Вследствие этого произошел залповый прорыв огромного объема воды на откос отвала. Результатом этого явилась глубокая промоина в теле отвала.

Так было положено начало формированию оврага - самого крупного в настоящее время. Появлению на поверхности отвалов значимых объемов талой воды в весенний период способствует интенсивное прогревание горизонтальных площадей отвалов за

7-10 дней на водосборной площади 60 га. Перепад рельефа отвала «Западный» и отвала «Южный» составляет 15-16 м. Уклоны поверхностей обоих отвалов ориентированы в западном направлении. В результате в месте врезки оврага в отвал формируется водоток в объеме 40-60 тыс. м3, перепускаемый по основанию оврага. Это самое низкое место на отвале с высотной отметкой 315 м. Направление водотоков показано на рис. 3.3.

Прогнозирование динамики параметров оврага проводили по двум направлениям: интенсивное во времени воздействие природных факторов - пессимистический вариант и слабое - растянутое во времени - оптимистический вариант. В моделировании учтено действие следующих природных факторов: толщина снежного покрова принята в диапазоне 30-60 см; температура воздуха - в диапазоне 5-15°; период снеготаяния - 8-16 дней; количество осадков и интенсивность их выпадения - в диапазоне 5-20 мм/сут. По первому варианту овраг займет примерно 60 % площади отвала и по второму - от 16 до 22 % (рис. 3.4).

В период наблюдений условия формирования водостока значительно отличались по годам. В весенний период водосток формировался как в результате интенсивной солнечной радиации при резких перепадах температур на протяжении суток, так и в результате вторжения теплых воздушных масс с одновременным выпадением осадков. Водосток проходил по хорошо и слабо промерзшей почве. В летний период водосток также формировался в разных условиях: дожди выпадали на влажную уплотненную, на сухую переуплотненную почву и т.п.

Количество осадков составляло от 0,5 до 44,6 мм, интенсивность их выпадения: максимальная - 0,13-1,65 мм/мин, средняя - 0,0128-0,49 мм/мин. Продолжительность выпадения осадков от 7 до 753 мин.

По состоянию на 30.11.2013 архитектура оврага выглядит следующим образом (рис. 3.5). Его глубина составляет 53 м, длина 150 м. Створ (поперечное сечение) меняется на всем его протяжении. Участок АВ расположен в теле отвала, его начало находится на расстоянии 30 м от откоса отвала. На этом участке водные потоки сливаются вниз по стенкам оврага и затем, вымывая грунт отвала, движутся вниз по участку ВС. Этот участок имеет более крутые углы откосов. На нем водным потоком происходит вертикальное прорезание дна оврага и вымывание грунта. На участке СЭ ЭЕ по

Сплошные линии - перспективные контуры образующегося оврага; пунктирными линиями обозначены контуры осаждения перемещаемого грунта в процессе овра- гообразования; фигурная стрелка - направление перемещения грунта; пунктирные стрелки - направления развития образующегося оврага; широкие стрелки - основные направления движения талой воды в период снеготаяния.

Рис. 3.3. Прогнозная схема образования оврага на внешнем отвале «Западный» (оптимистический вариант)

Черной сплошной линией обозначены контуры оврага на поверхности отвала; белой пунктирной линией показаны контуры нижней бровки формируемого вторичного отвала горных пород, вынесенных водотоками из тела породного отвала

Рис. 3.4. Прогнозная схема формирования локальной овражно-балочной системы на внешнем отвале «Западный» (пессимистический вариант)

План (а) и продольный профиль (б) оврага на южном склоне внешнего отвала «Западный» (разрез «Бородинский»)

Рис. 3.5. План (а) и продольный профиль (б) оврага на южном склоне внешнего отвала «Западный» (разрез «Бородинский»)

водосбросной траншее вымытый грунт перемещается далее на природный ландшафт и в природные водоемы.

Геометрические параметры оврага на внешнем отвале «Западный» разреза «Бородинский» представлены в табл. 3.2

На протяжении 2000-2012 гг. на породных отвалах разреза «Бородинский» проводился экологический мониторинг загрязнения воздушного бассейна газами, образующимися в результате свободного горения на атмосферном воздухе углесодержащих пород, вынесенных водотоками из тела породного отвала. Результаты даны в табл. 3.3.

Результаты наших исследований на породных отвалах разреза «Бородинский» отражают экологическую картину на подобных угольных предприятиях с вероятностью 92-95 %, поскольку все без исключения технологии ведения горных работ на разрезах «Березовский», «Назаровский», «Переясловский» предусматривают зачистку кровли угольного пласта и в дальнейшем смесь угля с покрывающими угольный пласт вскрышными породами размещается

Таблица 3.2

Характеристики оврага на отвале «Западный»

Участок

профиля

Перепад высот, м

Длина горизонтальной проекции участка, м

Угол участка дна оврага, град.

Форма

сочленения

откосов

А-В

10

40

13-14

Щелевая

В-С

25

50

26-27

Трапециевидная

С-Э

12

32

19-21

Траншейная

Э-Е

5,5

26

11-12

Траншейная

Таблица 3.3

Объемы загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу при горении углесодержащих пород, при их выносе из породных отвалов (разрез «Бородинский»)

Год

Количество

оврагов

Мсо,

т/год

М$02>

т/год

МН25,

т/год

МмОх>

т/год

Мс20Н12>

кг/год

2000

19

81,1

1,04

2,07

0,0038

6,18

2001

25

117,7

1,50

3,00

0,0055

8,97

2002

33

204,5

2,61

5,22

0,0096

15,57

2003

34

255,9

3,27

6,54

0,0120

19,49

2004

34

332,0

4,24

8,48

0,0156

25,29

2005

35

366,6

4,68

9,36

0,0173

27,92

2006

35

472,4

6,03

12,06

0,0222

35,98

2007

37

549,9

7,02

14,04

0,0259

41,89

2008

37

599,3

7,65

15,31

0,0282

45,65

2009

38

698,0

8,91

17,82

0,0329

53,16

2010

39

726,2

9,27

18,54

0,0342

55,31

2011

40

824,9

10,53

21,06

0,0388

62,82

2012

40

909,5

11,61

23,22

0,0428

69,27

в теле породного отвала. С вероятностью 92-95 % можно рассмотреть адекватное загрязнение воздуха горящим углем. По нашей оценке, в результате водной эрозии на породных отвалах трех разрезов в атмосферный воздух попадает в течение календарного года оксида углерода, оксида серы, сероводорода, оксидов азота, бензапирена 3 150 т, 35-36 т, 66-68 т, 0,12-0,14 т и 230 кг соответственно.

Итак, современное состояние горно-промышленных ландшафтов в виде рекультивированных углепородных отвалов оцениваем как экологически неблагополучное, поскольку установлено, что целостность рельефа отвалов систематически разрушается под влиянием водной эрозии, сокращаются территории, рекультивированные и представляющие с течением времени сбалансированные экосистемы, также сокращаются площади природных ландшафтов, находящихся в зоне выноса горных пород, перемещенных водными потоками из тела породного отвала. Кроме того, происходит систематическая эмиссия вредных отравляющих газов, образующихся при горении углесодержащих пород. В этой связи необходимы конструктивные инженерные решения в области разработки технологий формирования и рекультивации углепородных отвалов, представляющих во времени устойчивые наземные экосистемы, устойчивые к их разрушению воздействием природных факторов, таких как проявление водной эрозии.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы