CC BY
11
Оригинальная статья
УДК 622.882 © Е.А. Моршнев, О.С. Сафронова, Н.А. Остапова, И.Н. Евсеева, Е.В. Пильчук, 2023
Адаптивный аспект реализации технологии щелевания при рекультивации автомобильных отвалов в Республике Хакасия
DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2023-4-65-68 -
В статье анализируется опыт применения комбинированного навесного агрегата АКН-1,3 на полигоне рекультивации с точки зрения адаптивных функций образованных борозд-щелей. Сформированная борозда-щель рассматривается с применением эмпирического метода в течение ряда лет. Рассматриваются принципы работы агрегата, выполнение которых оказывает максимальный мелиоративный эффект
Ключевые слова: биологическая рекультивация, борозда-щель, технозем, снежный покров, эрозия, отвал.
Для цитирования: Адаптивный аспект реализации технологии щелевания при рекультивации автомобильных отвалов в Республике Хакасия / Е.А. Моршнев, О.С. Сафронова, Н.А. Остапова и др. // Уголь. 2023. № 4. С. 65-68. 001: 10.18796/0041-5790-2023-4-65-68.
МОРШНЕВ Е.А.
Младший научный сотрудник ФГБНУ «НИИАП Хакасии», 655132, с. Зеленое, Республика Хакасия, Россия, e-mail: [email protected]
САФРОНОВА О.С.
Младший научный сотрудник ФГБНУ «НИИАП Хакасии», 655132, с. Зеленое, Республика Хакасия, Россия, e-mail: [email protected]
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время при открытом способе добычи угля возрастает нагрузка на все компоненты окружающей среды [1]. В све -те доклада экс-министра энергетики РФ А.В. Новака от 27.02.2020 о «Программе развития угольной промышленности до 2035 года» особое значение приобретают опережающие разработки технологий рекультивации в аридных регионах угледобычи ввиду увеличения темпов роста площадей нарушенных земель. Оптимистичный вариант данной программы предусматривает увеличение валовой добычи угля в России с 440 до 668 млн т [2].
В результате разработки угольных месторождений современной высокопроизводительной техникой естественные ландшафтные системы на огромных пространствах уничтожаются или коренным образом преобразуются [1, 3]. Техногенно нарушенные территории характеризуются специфическими свойствами, значительно отличающимися от естественных ландшафтов [4].
В перечень негативных факторов входят: использование более грузоподъемного автотранспорта при транспортировке горной массы с одновременным переходом предприятий угледобычи на автотранспортный способ перемещения горной массы с отказом от железнодорожного способа как менее рентабельного в современных условиях; увеличение объемов горных работ вследствие увеличения темпов добычи угля.
ОСТАПОВА Н.А.
Канд. техн. наук, старший научный сотрудник ФГБНУ «НИИАП Хакасии», 655132, с. Зеленое, Республика Хакасия, Россия, e-mail: [email protected]
ЕВСЕЕВА И.Н.
Младший научный сотрудник ФГБНУ «НИИАП Хакасии», 655132, с. Зеленое, Республика Хакасия, Россия, e-mail: [email protected]
ПИЛЬЧУК Е.В.
Главный маркшейдер ООО «СУЭК-Хакасия» 655162, г. Черногорск, Россия, e-mail: [email protected]
Так как залежи каменного угля расположены в наиболее засушливых местах Хакасско-Минусинской котловины, то и внимание к проблеме рекультивации этих территорий должно быть выше, чем в других условиях. Игнорирование этих фактов может ухудшить экологическую обстановку как на местном, так и на региональном уровне. Специфичность геологической предыстории Хакасии вместе со своеобразным аридным климатом создают некоторые трудности в восстановлении растительного покрова. Проведение биологического этапа рекультивации должно включать оригинальные инновационные способы и приемы, способствующие сокращению мелиоративного периода освоения на рекультивируемой территории в условиях засушливого климата.
Лимитирующими факторами при реализации биологического этапа рекультивации являются:
- влага;
- ветровая нагрузка;
- плотность рекультивируемого субстрата.
Целью данной статьи является раскрытие адаптивного аспекта щелевания при нарезке борозд-щелей агрегатом АКН-1,3 (Ги 2704853) на уплотненных горных отвалах угледобычи, сформированных с применением автомобильного транспорта.
Борозда-щель рассматривается посредством применения эмпирического метода исследований, путем анализа данных и фактов, накопленных при наблюдении за опытным полигоном в течение трех лет, и сравнения этой территории с новыми площадями рекультивации, на которых производилась нарезка борозд-щелей в сентябре 2020 г. Данные участки рекультивации находятся на угольном разрезе «Черногорский» ООО «СУЭК Хакасия».
МЕХАНИЗМ АДАПТИВНОСТИ БОРОЗДЫ-ЩЕЛИ
ПРИ ЩЕЛЕВАНИИ И НАРЕЗАНИИ БОРОЗДЫ
НА УПЛОТНЕННОМ ТЕХНОЗЕМЕ
В условиях техногенного рельефа большое влияние на развитие эрозионных процессов оказывает такой фактор, как организация территории или, точнее, оптимизация ландшафта в целом [4].
При работе АКН-1,3 комплексно проводятся технологические приемы, созданные в институте за последние 10 лет, совмещение которых дает ресурсосберегающий эффект, имеющий особое значение при данном виде формирования поверхности породных отвалов в этой климатической зоне. Идет локальное разуплотнение технозема с одновременной нарезкой борозды-щели на поверхности отвала с посевом семян многолетних трав и обработкой их биопрепаратом. Образовавшаяся борозда-щель аккумулирует осадки и мелкозем в устье борозды-щели в течение года. Следствием этого является улучшение условий произрастания растений, увеличение их фитомассы по сравнению со спланированной переуплотненной поверхностью автомобильного отвала между бороздами-щелями.
Особое значение имеет аккумулятивная и защитная функции борозды-щели в зимний период в степных
условиях по причине незначительности суммы твердых осадков в общем водном балансе местности. Шероховатость подстилающей поверхности влияет на профиль скорости ветра. Сопротивление трения воздушных масс о подстилающую поверхность обусловливает турбулентность ветрового потока вблизи поверхности, что отражается в процессах снегонакопления. Ветровой поток перемещает также зерна снега, изменяя их форму и свойства, и переотлагает их в виде сугробов или надувов снега большей плотности, чем первоначальный снег. Наиболее мощные заносы снега образуются с подветренной стороны препятствий при условии, что не происходит выноса рыхлого снега ветрами постоянных направлений [5]. Из этого выходит первый принцип формирования борозд-щелей - они должны нарезаться перпендикулярно, исходя из преобладающего направления ветра в зимний период. В противном случае аккумуляция снега не достигнет максимальных величин вследствие дефляции снега.
Многообразна роль снежного покрова в жизни растений. Он изменяет термический и водный режимы среды обитания растений, оказывает на них непосредственное механическое воздействие. Снежный покров предохраняет их от вымерзания (особенно почки возобновления) и ветрового иссушения в зимний период [6]. В условиях сухой степи данный адаптивный прием дает стартовый запас продуктивной влаги, необходимый растительности для начала вегетации.
Замеры снежного покрова на полигоне рекультивации в 2020-2021 гг. показали зависимость снегонакопления от нарезанных борозд-щелей в сравнении с выположенным рельефом. Глубина снежных наносов в борозде-щели колеблется от 20 до 30 см. Для сравнения, на выположенном рельефе много незанятых снежным покровом площадей, а при наличии снежного покрова глубина его составляет не более 4 см. Глубина снежных наносов на свеженарезанных бороздах-щелях новых площадей рекультивации колеблется от 20 до 45 см (рис. 1). Аккумуляция снежного покрова отсутствует лишь в бороздах-щелях с выходом эндогенного тепла от горения углесодержащих пород на полигоне.
В теплый сезон сформированные борозды-щели существенно снижают проявления водной эрозии. В степной зоне этот вид эрозии особо опасен, так как основная часть осадков выпадает в летний период в виде ливневых дождей (рис. 2).
Годовая сумма осадков в Хакасии колеблется от 250 до 450 мм, причем 90% годовой суммы осадков выпадает за теплый период (апрель - октябрь) [7, 8]. При большой плотности технозема, вследствие малой порозно-сти, влага не может проникнуть в нижележащие слои грунта, поэтому стекает в понижения. Замеры плотности технозема на автомобильном отвале пенетрометром показали следующие значения: на выположенной уплотненной поверхности плотность составила 1,89 г/ см3 на глубине 0-5 см и 2,15 г/см3 на глубине 5-10 см. Плотность технозема в борозде-щели составила 1,42 г/см3 на глубине 0-5 см и 1,5 г/см3 на глубине 5-10 см. Критическая
Рис. 1. Замеры глубины снежного покрова в бороздах-щелях на полигоне рекультивации и промышленном опыте: 1-свеженарезанные борозды-щели на автомобильном отвале; 2,3 - сформированные борозды-щели на полигоне рекультивации
Fig. 1. Measuring the depth of snow cover in the furrow-like channels at the reclamation site: 1 - freshly cut furrow-like channels on the road dump; 2,3 - created furrow-like channels on the reclamation site
ЭколоГИя
Рис. 2. Свеженарезанные борозды-щели в летний период после ливневого дождя
Fig. 2. Freshly cut furrow-like channels in the summer period after heavy rainfall
плотность для проникновения в субстрат корней и развития растительности при этом составляет 1,7 г/см3 [9]. Таким образом, плотность технозема на выположенных участках является абсолютным лимитирующим фактором развития фитоценоза.
Технические условия отвалообразования, согласно приказу Ростехнадзора № 599 [10], предусматривают уклон не менее 3° при формировании породного отвала. Воздействие водных потоков во время выпадения осадков на поверхность породного отвала при этом достигает существенных значений. При игнорировании этой проблемы активно развиваются процессы водной эрозии. Из этого факта следует второй принцип нарезания борозды-щели - она нарезается перпендикулярно направлению глубины склона. Взрыхленный технозем на дне борозды и склонах при этом является аккумулятором избыточного количества осадков. При отрастании травянистого покрова в борозде-щели противоэрози-онное значение этого образования возрастает.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Соблюдение всех вышеперечисленных принципов при реализации технологии нарезки борозд-щелей дает возможность локально создать оптимальные условия в очагах разрастания фитоценоза с последующим разрастанием по всей площади рекультивируемого участка.
Список литературы
1. Моторина Л.В., Зайцев Г.А. Природные ландшафты и промышленность. В сборнике статей: Рекультивация в Сибири и на Урале. Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1970. С. 71 -80.
2. Программа развития угольной промышленности до 2035 г. Российский уголь. [Электронный ресурс]. URL: http://www. rosugol.ru (дата обращения: 15.03.2023).
3. Трофимов С.С., Овчинников В.А. Антропогенный рельеф Кузбасса. В сборнике статей: Рекультивация в Сибири и на Урале. Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1970. С. 5-24.
4. Федосеева Т.П. Рекультивация земель. М.: Наука, 1977. 41 с.
5. Беланов И.П., Андроханов В.А. Ресурсы рекультивации и перспективы самовосстановления техогенно нарушенных территорий угольного разреза «Бунгурский» // Вестник КрасГАУ. 2013. № 11. С. 71-76.
6. Снег: справочник. Под ред. Д.М. Грея и Д.Х. Мэйла. Ленинград: Гидрометеоиздат, 1986. 751 с.
7. Растительный покров Хакасии. Новосибирск: Наука, 1976. 127 с.
8. Быков Н.И., Попов Е.С. Наблюдение за динамикой снежного покрова в ООПТ Алтае-Саянского экорегиона. Методическое руководство. Красноярск: Типография «Город», 2011. 64 с.
9. Новицкий А.А., Андроханов В.А., Лавриненко А.Т. Рекультивация техногенных ландшафтов на угольных разрезах Красноярского края // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2012. № 4. С.15-20.
10. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности при ведении горных работ и переработке твердых полезных ископаемых». [Электронный ресурс]. URL: http://meganorm.ru/Data2/1/4293769/4293769640. html (дата обращения: 15.03.2023).
ECOLOGY
Original Paper
UDC 622.882 © E.A. Morshnev, O.S. Safronova, N.A. Ostapova, I.N. Evseeva, E.V. Pilchuk, 2023 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2023, № 4, pp. 65-68 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2023-4-65-68
Title
ADAPTIVE ASPECT OF THE IMPLEMENTATION OF THE SLOTTING TECHNOLOGY IN THE RECLAMATION OF VEHICLE DUMPS IN THE REPUBLIC OF KHAKASSIA
Authors
Morshnev E.A.1, Safronova O.S.1, Ostapova N.A.1, Evseeva I.N.1, Pilchuk E.V.2 ' FGBNU " NIIAP of Khakassia", Zelenoe village, Republic of Khakassia, 655132, Russian Federation 2 SUEK-Khakassia LLC, Chernogorsk, 655162, Russian Federation
Authors Information
Morshnev E.A., Junior Researcher, e-mail: [email protected] Safronova O.S., Junior Researcher, e-mail: [email protected] Ostapova N.A., PhD (Engineering), Senior researcher, e-mail: [email protected]
Evseeva I.N., Junior Researcher, e-mail: [email protected] Pilchuk E.V., Chief Surveyor, e-mail: [email protected]
Abstract
The article analyses the experience of using the AKN-1.3 combined attachment at a reclamation site with respect to the adaptive functions of the formed furrow-like channels. The formed furrow-like channel is studied using an empirical method over a number of years. The principles of the unit operation, which implementation produces the maximum reclamation effect, are considered.
Keywords
Biological reclamation, Furrow-slit, Technozem, Snow cover, Erosion, Dump. References
1. Motorina L.B. & Zaitsev G.A. Natural landscapes and industry. In: Recurvation in Siberia and the Urals. Novosibirsk, Nauka, Siberian Branch Publ., 1970, pp. 71-80. (In Russ.).
2. The program for the development of the coal industry until 2035. Russian coal. [Electronic resource]. Available at: http://www.rosugol.ru (accessed 15.03.2023).
3. Trofimov S.S. & Ovchinnikov V.A. Anthropogenic relief of Kuzbass. In: Recul-tivation in Siberia and the Urals. Novosibirsk, Nauka, Siberian Branch Publ., 1970, pp. 5-24. (In Russ.).
4. Fedoseeva T.P. Land reclamation. Moscow, Nauka, 1977, 41 p. (In Russ.).
5. Belanov I.P. & Androkhanov V.A. Recultivation resources and prospects for self-restoration of technogenically disturbed territories of the Bungursky coal mine. VestnikKrasGAU, 2013, (11), pp. 71-76. (In Russ.).
6. Snow: handbook. Edited by D.M. Gray and D.H. Mail. Leningrad, Hydrom-eteoizdat Publ., 1986, 751 p.
7. Vegetation cover of Khakassia. Novosibirsk, 1976, 127 p.
8. Bykov N.I., Popov E.S. Observation of the dynamics of snow cover in the protected areas of the Altai-Sayan ecoregion/methodological guide. Krasnoyarsk, Printing house "City", 2011, 64 p.
9. Novitsky A.A., Androkhanov V.A. & Lavrinenko A.T. Recultivation of techno-genic landscapes in coal mines of the Krasnoyarsk Territory. Vestnik Omskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta, 2012, (4), pp. 15-20.
10. Federal norms and rules in the field of industrial safety "Safety rules for mining and processing of solid minerals". [Electronic resource]. Available at: http://meganorm.ru/Data2/1/4293769/4293769640.html (accessed 15.03.2023).
For citation
Morshnev E.A., Safronova O.S., Ostapova N.A., Evseeva I.N. & Pilchuk E.V. Adaptive aspect of the implementation of the slotting technology in the reclamation of vehicle dumps in the Republic of Khakassia. Ugol, 2023, (4), pp. 65-68. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2023-4-65-68.
Paper info
Received February 28,2023 Reviewed March 17,2023 Accepted March 27,2023
