ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ГОРНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ В ОТРА БОТАННЫХ ЩЕБЕНОЧНЫХ КАРЬЕРАХ С УЧЕТОМ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЕЙ

В ближайшей перспективе на территории экономически развитых регионов Сибири прогнозируется рост объемов производства строительного и дорожного щебня. В ходе полевых работ на территории горно-промышленных ландшафтов в отработанных щебеночных карьерах на территории Красноярского края выявлены закономерности формирования локальных экосистем. Установлены природные факторы, геометрические параметры бортов карьеров, благоприятствующие заселению растительности на всех элементах нерабочих бортов карьеров, с учетом которых и разработаны рекомендации для проектирования технологий добычных работ на карьерах и технологий проведения горнотехнического этапа с учетом экологических целей.

Экологически идеальным (приемлемым) считается горнопромышленный ландшафт, все элементы рельефа которого в краткосрочном периоде времени (3-5 лет) будут покрыты травянистой и древесно-кустарниковой растительностью. Степень отклонения экологических показателей карьеров от экологически идеального состояния предлагаем определять путем расчета удельного веса площади «экологически неблагополучных» (без растительности) участков в общей структуре площади карьерной выемки по окончании 10-12 летнего периода.

Для этого были выявлены участки с растительностью и без нее на откосах и межуступных площадках нерабочих бортов карьеров. Суммарную площадь элементов карьера, покрытых растительностью (Бквр), рассчитаем по формуле

где п - количество уступов с растительностью; Ц - протяженность /-го соответствующего уступа борта карьера, м; кух - высота /-го уступа, м; - угол откоса /-го уступа; З'рор.пл. - площадь горизонтальных площадок карьера и участков дна карьера с растительностью, м2.

Суммарная площадь элементов нерабочего борта карьера без растительности рассчитывается по аналогичной формуле с подставлением соответствующих показателей. Определить удельный вес площади карьерной выемки без растительности (Зквбр) в общей площади карьера позволяет применение формулы

где 5КВ - общая площадь карьерной выемки, м2.

В результате расчетов получены следующие результаты. Карьерные выемки, созданные при строительстве Красноярской ГЭС, при добыче гранита в ОАО «УС-604» и вблизи рабочего поселка Громадский, при добыче доломитов вблизи села Кускун, при добыче известняка вблизи рабочего поселка Зыково, покрыты древеснокустарниковой и травянистой растительностью соответственно на 20, 8, 14, 32, 63 %.

Расчет удельного веса площади карьера с растительностью наглядно продемонстрировал весьма существенные отклонения в меньшую сторону главного экологического показателя в 0,6-10 раз от показателя, характерного для природных мест разработки месторождения. В этой связи кратко остановимся на характеристиках участков-индикаторов как в естественно-природном, так и в измененном состояниях. Участки-индикаторы в первом состоянии представлены естественными биоформациями в местах добычи нерудного горного сырья, а также молодыми локальными экосистемами в карьерных выработках с оптимальными экологическими показателями. Растительность мест разработки нерудного сырья для производства щебня имеет формации: древесную в виде таежных хвойных лесов алтайско-саянского типа с преобладанием сибирских видов пихты, кедра, лиственницы и сосны. Тип почв на территории этих природных ландшафтов подзолистый. Подтип подзолистых почв формируется под таежными хвойными лесами на гранитах или известняках, перекрытых рыхлыми четвертичными отложениями. Профиль почв имеет следующее морфологическое строение: лесная подстилка (опад прошлых лет) мощностью 5-10 см, гумусоаккумулятивный горизонт темно-серого цвета мощностью до 0,3 м, подзолистый горизонт белесо-серой окраски мощностью до 1,0 м, иллювиальный переходный горизонт охристо-буровых тонов мощностью до 0,8 м. Один из таких профилей изображен на рис. 4.32.

На рис. 4.33 представлены фрагменты горизонтальных площадок и частично один из откосов уступов. Эти элементы нерабочего борта карьера позиционируются нами как участки-индикаторы на территории искусственно созданного техногенного рельефа.

Вертикальное обнажение почвенного профиля на гранитном массиве в естественно природном состоянии

Рис. 4.32. Вертикальное обнажение почвенного профиля на гранитном массиве в естественно природном состоянии

Фрагменты экологически оптимальных горно-промышленных

Рис. 4.33. Фрагменты экологически оптимальных горно-промышленных

ландшафтов

Фрагменты пионерной растительности на площадках

Рис. 4.34. Фрагменты пионерной растительности на площадках

с обратным уклоном

На рис. 4.34 даны фрагменты межуступных площадок с обратным 10-градусным уклоном в сторону борта карьера. На элементах борта, изображенных на рис. 4.33 и 4.34, были обнаружены слои техногенной почвенной смеси мощностью до 30 см, состоящей из гумусосодержащих почвенных слоев и рыхлых четвертичных отложений. Установлено, что техногенная почвенная смесь появилась на этих элементах уступов либо путем намыва, либо при работе горнотранспортного оборудования в ходе производства горных работ.

Результаты исследования продуктивности участков техногенного рельефа на откосах уступов изображены на рис. 4.35. График построен исходя из наблюдений за растительностью на доломитах и известняках. При выборе «экологически оптимального» угла за- откоски нерабочего борта были учтены затраты на выполажива- ние нерабочего борта до 10°, что приводит к резкому росту затрат на горные работы при производстве щебня, а при углах, близких к 30-40°, резко снижается продуктивность почв. Поэтому в наших рекомендациях будут приняты значения угла заоткоски уступов в диапазоне 18-22°.

Таким образом, анализ характеристик участков-индикаторов на техногенных землях позволил установить образ экологически оптимального горно-промышленного ландшафта, который должен быть

Изменение продуктивности почв на откосах уступов

Рис. 4.35. Изменение продуктивности почв на откосах уступов

сформирован по окончании горных работ в карьере. Геометрически параметры нерабочего борта и почвенные характеристики при этом должны иметь следующие значения: углы откосов всех уступов находятся в диапазоне 18-22°; межуступные площадки нерабочего борта оформляются шириной 4-5 м с обратным уклоном в 9-11° в сторону борта карьера; техногенную почвенную смесь из почвенных слоев и частично из четвертичных отложений с содержанием гумуса 2-5 % мощностью до 0,3 м наносят на все элементы борта карьера - откосы уступов и межуступные площадки, дно карьера.

Технология формирования экологически оптимального горнопромышленного ландшафта схематично представлена на рис. 4.36. На схеме показаны основные этапы производства добычных и ре- культивационных работ.

На рис. 4.36а показан конечный контур нерабочего борта карьера. Технология отработки приконтурного сектора АВСБ может производиться двумя способами: а) обычно верхний уступ карьера сложен рыхлыми четвертичными отложениями и поэтому рыхления горной массы с производством буровзрывных работ (БВР) перед экскавацией не потребуется. В этом случае конечный контур карьера оформляется непосредственно экскаватором; б) отработка всех остальных уступов, сложенных скальными или полускальными крепкими породами, требует при отбойке и рыхлении горной массы применения буровзрывного способа.

При этом в паспорте на БВР необходимо указать сетку скважин, их угол наклона, диаметр, а главное - глубину, чтобы максимально не нарушить целостность формируемого откоса уступа при угле постановки в нерабочее положение с углами 18-22°. При взрывании последнего выемочного блока и его отгрузке экскаватором производится постановка уступа в конечное - нерабочее - положение. Это означает, что добычные работы на этом уступе больше производиться не будут и откос уступа и межуступная площадка готовы к нанесению на них техногенной почвенной смеси.

В нашем случае принимаются во внимание основные геометрические параметры системы разработки карьера - это высота добычных уступов и углы их откоса. При использовании экскаваторов типа ЭКГ с ёмкостью ковша 3,2-5 м3 высота уступа лимитируется максимальной высотой черпания экскаватора и обычно составляет 8-10 м. При использовании гидравлических экскаваторов типа «обратная лопата» с емкостью ковша 1,8-2,5 м3 высота уступа составляет 3-5 м.

Этапы рекультивации нерабочего борта карьера по производству щебня

Рис. 4.36. Этапы рекультивации нерабочего борта карьера по производству щебня: а - схема бурения взрывных скважин при постановке уступа в нерабочее положение; б - схема нанесения почвенного слоя на откосы уступов - «сверху-вниз»; в - схема одновременного нанесения почвенного слоя на откосы уступов - «сверху-вниз» и «снизу-вверх»; г - схема рекультивации нерабочего борта карьера

Классическая технология производства работ на горнотехническом этапе рекультивации земель включает выполнение следующих технологических процессов: снятие бульдозером почвенного слоя, формирование временного склада техногенной почвенной смеси, погрузка экскаватором последней в автотранспорт, транспортировка ее за пределы горного отвода до мест хранения, экскавация техногенной почвенной смеси для транспортировки ее на места нанесения при рекультивации.

В нашем случае необходимо установить конечные контуры карьера для определения площади нанесения почвенной смеси, а также правильно установить мощность ее нанесения. Исходя из этого рассчитывают объем формирования техногенной почвенной смеси и определяют источник ее получения. Для понимания этого составлена схема (рис. 4.37). Все карьеры по добыче нерудного сырья для производства щебня являются карьерами нагорного типа. Поэтому не на всей территории горного отвода можно будет производить снятие почвенного слоя, это диктует техника безопасности работы бульдозеров на уклонах.

На рис. 4.37 хорошо видно, что не на всем косогоре можно снимать бульдозером почвенный слой, поскольку безопасную работу механизмов лимитируют поперечные и продольные углы его наклона при движении. Снятый объем почвенной смеси на верхнем вскрышном уступе мощностью до 0,3 м сравнивается с необходимым объемом для рекультивации.

Этот объем будет всегда меньше требуемого, поэтому к почвенному слою необходимо добавить все почвенные продуктивные слои, составляющие почвенный профиль, а также высокопродуктивные рыхлые четвертичные отложения, объем которых компенсирует нехватку гумусо-аккумулятивного почвенного слоя. Снятый почвенный слой совместно с четвертичными отложениями отгружают экскаватором и вывозят автотранспортом за пределы горного отвода.

Далее, после заоткоски верхнего уступа, на его нижнюю площадку доставляют почвенную смесь. На рис. 4.366, это «Почвенный слой I этап». Затем согласно нашим рекомендациям его наносят на откосы уступов гидравлическим экскаватором типа «обратная лопата». При высоте уступов до 4 м нанесение ПСП производится «сверху вниз», т.е. рабочий параметр экскаватора - радиус разгрузки - позволяет отсыпать почвенную смесь - «Почвенный слой II этап» - в самый удаленный от экскаватора сектор откоса. При высоте уступов от 4 до 10 м экскаватор из навала почвенного слоя отсыпает его выше и ниже уровня своего стояния, т.е. «снизу вверх» и «сверху вниз» (рис. 4.36в). По мере отработки уступов, а их отрабатывают послойно сверху вниз, проводят горнотехнический этап

Схема к определению объема и источника формирования почвенной смеси для рекультивации бортов карьера

Рис. 4.37. Схема к определению объема и источника формирования почвенной смеси для рекультивации бортов карьера

рекультивации на откосах уступов и площадках после их постановки в нерабочее положение.

Итоговый результат рекультивации нерабочих бортов карьера схематично представлен на рис. 4.36г. На все элементы нерабочего борта карьера - откосы и площадки с обратным уклоном - нанесена техногенная почвенная смесь. Геометрические параметры нерабочего борта, оформленного по нашим рекомендациям в совокупности с нанесенным почвенным слоем, позволяют создавать горнопромышленные ландшафты с наилучшими биоэкологическим показателями.

Практическая реализация предлагаемых подходов к рекультивации щебеночных карьеров требует пересмотра классических теорий, согласно которым нерабочий борт устанавливается в конечное положение под углом 55-60° с бермами (площадками) безопасности

Схема корректировки контура нерабочего борта карьера

Рис. 4.38. Схема корректировки контура нерабочего борта карьера

шириной 2-3 м. Изменение конфигурации нерабочего борта показано схематично на рис. 4.38.

Это технологически возможно за счет переноса объема добычи нерудного сырья с нижних горизонтов карьера в его верхнюю часть. Объем горной массы в контурах ВПСВФ в нижней части карьера компенсируется объемом в контурах треугольника с вершинами СЛ[Лп- При этом незначительно увеличится дальность транспортировки горной массы, что, на наш взгляд, менее значимое обстоятельство в сравнении с появляющейся возможностью обустройства горно-промышленного ландшафта с оптимальными экологическими показателями.

Таким образом, дальнейшее движение по наметившейся траектории в области разработки щебеночных карьеров по существующим технологиям каждый раз будет способствовать формированию горно-промышленных ландшафтов с показателями, далекими от значений экологически оптимальных. Но такое положение можно и нужно изменить в лучшую сторону, если имеется понимание того, какие экологические показатели техногенного ландшафта будут приниматься как индикаторные. Мы предлагаем лучшие на текущий момент конкретные технологические решения, использование которых позволит в кратчайшие сроки сформировать оптимальные горно-промышленные ландшафты, по своим показателям не уступающие природным.

Горно-промышленные ландшафты, близкие к природным, могут быть сформированы на месторождениях по добыче рудного и нерудного сырья на всей территории РФ в географическом секторе между 50° и 60° параллелями северного полушария с континентальным климатом и во всем диапазоне почвенного разнообразия, соответствующего этому сектору. При искусственном формировании экологически благополучных локальных экосистем в отработанных карьерах должны быть выполнены следующие условия:

  • 1. Углы заоткоски уступов карьера при их постановке в конечное положение независимо от их высоты и количества должны находиться в диапазоне 18-22°.
  • 2. Уступы при формировании нерабочего борта отработанного карьера разделяются межуступными площадками шириной до 5 м с обратным 10-градусным уклоном в сторону нерабочего борта.
  • 3. На откосы уступов, межуступные площадки, дно карьера наносят техногенную почвенную смесь, приготовленную в ходе горнотехнического этапа рекультивации, мощностью до 0,3 м.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >