CC BY
39
Оригинальная статья
УДК 622.882(571.513):631.43 © А.Т. Лавриненко, Н.А. Остапова, О.С. Сафронова, А.Б. Килин, И.Н. Евсеева, Е.А. Моршнев, 2020
Биологическая рекультивация переуплотненных автомобильных отвалов угледобывающих предприятий
001: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-7-92-95 -
ЛАВРИНЕНКО А.Т.
Старший научный сотрудник, заведующий группой рекультивации земель ФГБНУ «НИИАП Хакасии», 655132, с. Зеленое, Республика Хакасия, Россия, e-mail: [email protected]
ОСТАПОВА Н.А.
Канд. техн. наук,
старший 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]
КИЛИН А.Б.
Канд. техн. наук,
генеральный директор ООО «СУЭК-Хакасия», 655162, г. Черногорск, Россия, e-mail: [email protected]
ЕВСЕЕВА И.Н.
Инженер-исследователь
ФГБНУ «НИИАП Хакасии»,
655132, с. Зеленое, Республика Хакасия, Россия,
e-mail: [email protected]
МОРШНЕВ Е.А.
Инженер-исследователь
ФГБНУ «НИИАП Хакасии»,
655132, с. Зеленое, Республика Хакасия, Россия,
e-mail: [email protected]
Проведены исследования способов снижения лимитирующих факторов, связанных с переуплотнением поверхности автомобильных отвалов. На базе данных исследований подтверждена возможность эффективного использования предложенных технологий. Создан многофункциональный навесной агрегат для биологической рекультивации отвалов АКН-1,3.
Ключевые слова: автомобильный отвал, биологическая рекультивация, навесной агрегат, плотность субстрата, продуктивность надземной фитомассы. Для цитирования: Биологическая рекультивация переуплотненных автомобильных отвалов угледобывающих предприятий / А.Т. Лавриненко, Н.А. Остапова, О.С. Сафронова и др. // Уголь. 2020. № 7. С. 92-95. 001: 10.18796/00415790-2020-7-92-95.
ВВЕДЕНИЕ
В связи с падением экспортного спроса на уголь Правительство России намеревается наращивать внутреннее потребление угля, увеличивая долю газа на экспорт. Согласно Госпрограмме развития угольной отрасли до 2030 г. доля угля в энергогенерации страны должна возрасти в полтора раза с перспективой экспорта электроэнергии в Китай. Ряд электростанций общей мощностью более 10 ГВт будет введен в Сибири в 2020- 2030 гг.
Строительство новых и реконструкция действующих угольных предприятий для увеличения мощностей предусматривают переход на более эффективные технологии погрузочно-транспортных работ, размещения вскрышных пород и формирования отвалов, использующих большегрузный автомобильный транспорт. При этом такие отвалы по ТУ формируются плоскими с отбортовкой по периметру автомобилями грузоподъемностью 100-300 т и тяжелыми бульдозерами, что приводит к переуплотнению их поверхности. Переуплотненность поверхности отвалов и недостаток влаги, за счет ее стока, являются основными лимитирующими факторами развития биофитоценоза при биологической рекультивации.
Изучению лимитирующих факторов, препятствующих произрастанию растительности на породных отвалах, посвящены работы разных авторов [1, 2, 3, 4, 5, 6].
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ
РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПЕРЕУПЛОТНеННЫХ
АВТОМОБИЛЬНЫХ ОТВАЛОВ
Вся динамика изменения переуплотненного состояния почвенных агрегатов и, как следствие, низкая влагоемкость обусловлены в основном изменениями межагрегатной по-розности, которая легко поддается регулированию техническими и биологическими средствами [7].
С этой целью на автомобильных отва-лах, сформированных валовым способом (БелАЗ-7530), было проведено щелевание на глубину 1,5 м бульдозером с рыхлителем ^А-900ем) и нарезаны борозды на устье щели грейдером. Расстояние между щелями зависит от климатических условий местности чем меньше количество осадков, тем реже, для увеличения площади стока. Этот прием в технологии дает возможность накопить влагу и мелкозем на дне борозд. Посеянные семена донника желтого (МеШоТи$ о^апа^я I.), обработанные биопрепаратом «Байкал ЭМ-1», за два года развивают корневую систему на глубину 1-2 м и способствуют накоплению органики и микробио-ты. Далее производилась посадка саженцев лиственницы сибирской (1апх51Ьтса 1еёеЬ.) в дернину предшествующих травяных культур с одновременным внесением в посадочную лунку гуматов и фосфорного удобрения. Наиболее эффективен посадочный материал лесных пород, выращенный в контейнерах с применением биопрепаратов типа «Байкал ЭМ-1». Корни древесных пород свободно проникают по корневой ветоши предшественника и впоследствии осваивают пространство междурядий.
Такая технология дала нам возможность снизить затраты и основные лимитирующие факторы развития растительности на переуплотненных отвалах, уточнить технологию и создать универсальный многофункциональный навесной агрегат для биологической рекультивации отвалов (рис. 1).
Навесной агрегат предназначен для одновременного локального рыхления (щелевания) поверхности отвала на заданную глубину, формирования впадины, высева ленточным способом семян многолетних трав, гранулированных биопрепаратом «Байкал ЭМ-1» на дно впадины с последующей их заделкой, прикатывани-ем и поливом (патент РФ № 2704853) [8].
Агрегат изготовлен на сервисном предприятии Сибирской угольной энергетической компании (СУЭК) АО «Черногорский ремонтно-механический завод».
ОПЫТНЫЕ ПОСАДКИ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НАВЕСНОГО АГРЕГАТА
ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ
В качестве объектов исследования на автомобильных отвалах вскрышных и вмещающих пород Черногорского угольного разреза были выбраны два варианта:
Рис. 1. Навесной агрегат для рекультивации переуплотненных автомобильных отвалов угледобывающих предприятий Fig. 1. Attachment unit for reclamation of re-compacted automobile dumps of coal mining enterprises
ц/га
S0,0
-7271-
7471-
60,0
40,0
20,0
0,0
is ft
у у У IM □ 1
а О 1
/
3?
J?
J?
J
£
Рис. 2. Продуктивность надземной фитомассы многолетних трав, посеянных в борозды
Fig. 2. The productivity of aboveground phytomass of perennial grasses sown in furrows
I - спланированная переуплотненная поверхность автомобильного отвала между щелями-бороздами;
II - на плоской поверхности автомобильного отвала проведено щелевание на глубину 1,3 м с нарезкой борозд на его поверхности.
Исходя из местных почвенно-климатических условий, для посева были выбраны четыре вида многолетних трав и травосмесь из данных видов: донник желтый (Melilôtus officinalis L.), люцерна гибридная (Medicago varia Martyn), костер безостый (Bromopsis inermis (Leyss.) Holub), лом-коколосник ситниковый (Psathyrostachys juncea (Fisch.) Nevski), которые в третьей декаде июля 2018 г. высеяны на опытный полигон автомобильного отвала в четырех повторностях в двух вариантах. Всхожесть была только на опытных участках варианта II (посев в борозды).
Рис. 3. Гистограмма распределения зерен породы по размерам Fig. 3. The histogram of the distribution of grain sizes
Самые высокие показатели продуктивности фитомассы на автомобильном отвале разреза «Черногорский» отмечены в посевах травосмеси (74,1 ц/га) и Melilotus officinalis (72,1 ц/га) (рис. 2).
Воздушно-сухая надземная фитомасса в посевах злаков с донником лекарственным на вскрышных отвалах разреза «Листвянский» (второй год жизни) составила 37,5 ц/га [9], что почти в два раза меньше аналогичного показателя, полученного в посевах смеси многолетних трав на автомобильном отвале разреза «Черногорский» - 74,1 ц/га.
Проведены исследования по определению плотности техногенных грунтов рекультивируемого участка с помощью измерителя плотности почвы Wile Soil. По полученным данным отмечено, что выровненные (не нарезанные) участки имеют наибольшую плотность (2,15 г/см3). На участках, где проведено щелевание на глубину 1,3 м, плотность технозема снижается до 1,50 г/см3.
Гранулометрический состав мелкозема техногенного субстрата, по классификации Н.А. Качинского [10], по содержанию физической глины (частиц < 0,01мм) для степного типа почвообразования - тяжелосуглинистый песчано-крупнопылеватый.
На рис. 3 представлена гистограмма распределения частиц мелкозема, иллюстрирующая связь между диаметром частиц и их массовыми долями в породе.
Отсутствует заметная разница между субстратами обоих участков по распределению различных фракций. Отмечено, что в гранулометрическом составе мелкозема песчаных и крупнопылеватых фракций заметно больше, то есть тех же, которые преобладают в составе почвоо-бразующих пород — лессовидные и покровные суглинки и глины. В литературе отмечается, что при разрушении мелкозернистых песчаников и алевролитов в первую очередь будет увеличиваться содержание мелкого песка (0,25-0,05 мм), а изменение в содержании ила будет менее заметным [11].
ВЫВОДЫ
Локальная обработка поверхности автомобильного отвала навесным агрегатом оказывает существенное влия-
ние на снижение плотности техногенного субстрата за счет разрыхления и увеличения объема пор в нем. Другие определяемые показатели практически идентичны на обоих исследуемых участках и в данный момент не изменяются. Степень трансформации основных физических показателей и гранулометрического состава, особенности процессов накопления органического вещества и направленность перераспределения микроэлементов [12] будут видны лишь по истечении времени.
Сп исок литературы
1. Кулик А.В., Макаришина Ю.И. Лесорасти-тельные условия рекультивированных породных отвалов угольных шахт Донбасса // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2015. № 3 (39).
2. Полохин О.В. Особенности формирования почвенного и растительного покрова техногенных ландшафтов Приморского края // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 1. [Электронный ресурс]. URL: https:// science-education.ru/ru/article/view?id=11452 (дата обращения: 15.06.2020).
3. Лавриненко А.Т., Остапова Н.А. Изучение лимитирующих факторов биологической рекультивации на отвалах гребневой формы отсыпки угледобывающих предприятий Хакасии // Уголь. 2018. № 12. С. 98-101. DOI: 10.18796/0041-5790-2018-12-98-101.
4. Гусев А.П. Сукцессии и потенциал самовосстановления техногенно нарушенных ландшафтов // Экология и промышленность России. 2009. № 3. С. 8-12.
5. Семина И.С. Влияние технологии отвалообразования на влагообеспеченность молодых почв техногенно нарушенных территорий Кузбасса // Научно-методический электронный журнал «Концепт». 2015. Т. 13. С. 35763580. [Электронный ресурс]. URL: https://e-koncept. ru/2015/85716.htm (дата обращения: 15.06.2020).
6. Kohnke Н., Stuff R.G., Miller P.A. Quantitative relations between climate and soil formation // Pflanzenernahr und Bodenkunde. 1968. Vol. 119. N 1. P. 2433.
7. Андроханов В.А. Техноземы и изменение их свойств на биологическом этапе рекультивации: на примере КА-ТЭКа. Автореф... дис. канд. биол. наук. Новосибирск. 1998. 21 с.
8. Пат. 2704853 РФ. МПК Е 21С41/32 (2019.02). Навесной агрегат для биологической рекультивации переуплотненных автомобильных отвалов угледобывающих предприятий / А.Т. Лавриненко, О.С. Сафронова, Е.А. Моршнев. Заявитель и патентообладатель ФГБНУ «Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии» (RU). № 2018105829/10; заявл. 15-02-2018; опубл. 31.10.2019. Бюл. № 23. 8 с.
9. Ламанова Т.Г., Шеремет Н.В. Агрофитоценозы на отвалах в южной части Кузнецкой котловины. Новосибирск: Офсет, 2010. 224 с.
10. Качинский Н.А. Механический и микроагрегатный состав почвы. Методы его изучения. М.: Издательство АН СССР, 1958. 188 с.
11. Курачев В.М., Рябова Т.Н. Состав илистой фракции и его связь с геохимической обстановкой почвообразования. В кн.: Проблемы почвоведения в Сибири. Новосибирск: Наука, 1990. С. 53-60.
12. Тихонова Е.Н. Почвообразование на отвалах горных пород Курской магнитной аномалии. Автореф... дис. канд. биол. наук. Воронеж. гос. ун-т. 2001. 25 с.
ECOLOGY
Original Paper
UDC 622.882(571.513):631.43 © A.T. Lavrinenko, N.A. Ostapova, O.S. Safronova, A.B. Kilin, I.N. Evseeva, E.A. Morshnev, 2020 ISSN 0041-5790 (Print) • ISSN 2412-8333 (Online) • Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, № 7, pp. 92-95 DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2020-7-92-95
Title
BIOLOGICAL RECLAMATION OF RE-COMPACTED AUTOMOBILE DUMPS OF COAL MINING ENTERPRISES Authors
Lavrinenko A.T.1, Ostapova N.A.1, Safronova O.S.1, Kilin A.B.2, Evseeva I.N.1, Morshnev E.A.'
' "Scientific-Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia" FSBI, Zelenoe village, 655132, Republic of Khakassia, Russian Federation 2 "SUEK-Khakassia" LLC, Chernogorsk, 655162, Russian Federation
Authors' Information
Lavrinenko A.T., Senior Researcher, Head land reclamation group, e-mail: [email protected]
Ostapova N.A., PhD (Engineering), Senior Researcher, e-mail: [email protected]
Safronova O.S., Junior Researcher, e-mail: [email protected] Kilin A.B., PhD (Engineering), General Director, e-mail: [email protected] Evseeva I.N., Engineer-Researcher, e-mail: [email protected] Morshnev E.A., Engineer-Researcher, e-mail: [email protected]
Abstract
Studies have been conducted of ways to reduce the limiting factors associated with the re-compaction of the surface of dumps. Based on research data, the possibility of efficient use of the proposed technologies has been confirmed. A multifunctional mounted unit for biological reclamation of dumps AKN-1,3 has been created.
Keywords
Automobile dump, Biological reclamation, Mounted unit, Substrate density, Aboveground phytomass productivity.
References
1. Kulik A.V. & Makarishina Yu.I. Lesorastitelnye usloviya rekultivirovan-nyh porodnyh otvalov ugol'nyh shaht Donbassa [Forest conditions of reclaimed waste dumps of coal mines of Donbass]. Izvestiya Nizhnevolzh-skogo agrouniversitetskogo kompleksa: nauka i vysshee professionalnoe obrazovanie - News of the Lower Volga Agro-University Complex: science and higher professional education, 2015, No. 3 (39). (In Russ.).
2. Polokhin O.V. Osobennosti formirovaniya pochvennogo i rastitelnogo pokrova tekhnogennyh landshaftov Primorskogo kraya [Features of the formation of soil and vegetation of technogenic landscapes of the Pri-morsky Territory]. Electronic scientific journal: Modern problems of science and education, 2014, No. 1. Available at: https://science-education.ru/ru/ article/view?id=11452 (accessed 15.06.2020). (In Russ.).
3. Lavrinenko A.T. & Ostapova N.A. Izuchenie limitiruyushchih faktorov biologicheskoy rekultivacii na otvalah grebnevoy formy otsypki ugledoby-vayushchih predpriyatiy Hakasii [The study of limiting factors of biological reclamation on dumps ridge form filling coal mines Khakassia]. Ugol'- Russian Coal Journal, 2018, № 12, pp. 98-101. (In Russ.). DOI: 10.18796/00415790-2018-12-98-101.
4. Gusev A.P. Sukcessii i potencial samovosstanovleniya tekhnogenno narushennyh landshaftov [Successions and self-healing potential of technologically disturbed landscapes]. Ekologiya ipromyshlennost'Rossii - Ecology and Industry of Russia, 2009, No. 3, pp. 8-12. (In Russ.).
5. Semina I.S. Vliyanie tekhnologii otvaloobrazovaniya na vlagoo-bespechennost' molodyh pochv tekhnogenno narushennyh territoriy Kuzbassa [The influence of the technology of dumping on the moisture supply of young soils of technologically disturbed territories of the Kuz-
bass]. Nauchno-metodicheskiy elektronnyi zhurnal "Koncept" - Scientific and methodical electronic journal "Concept", 2015, Vol. 13, pp. 3576-3580. Available at: https://e-koncept.ru/2015/85716.htm (accessed 15.06.2020). (In Russ.).
6. Kohnke H., Stuff R.G. & Miller P.A. Quantitative relations between climate and soil formation. Pflanzenernahr undBodenkunde, 1968, Vol. 119, No. 1, pp. 2433.
7. Androkhanov V.A. Tekhnozemy i izmenenie ih svoystv na biologicheskom etape rekultivacii: na primere KATEKa. Diss. kand. biol. nauk [Technozems and changes in their properties at the biological stage of reclamation: On the example of KATEK. Abstract PhD (biological) diss.]. Novosibirsk, 1998, 21 p. (In Russ.).
8. Lavrinenko A.T., Safronova O.S. & Morshnev E.A. Navesnoy agregat dlya biologicheskoy rekultivacii pereuplotnennyh avtomobilnyh otvalov ugle-dobyvayushchih predpriyatiy [Mounted unit for biological reclamation of re-compacted automobile dumps of coal mining enterprises]. Pat. No. 2704853 Russian Federation. MPK E 21C41/32 (2019.02). Applicant and patent holder of the "Scientific-Research Institute of Agrarian Problems of Khakassia" FSBI (RU), No. 2018105829/10, declared 15.02.2018, Publ. 31.10.2019, Bull. No.23, 8 p. (In Russ.).
9. Lamanova T.G. & Sheremet N.V. Agrofitocenozy na otvalah v yuzhnoy chastiKuzneckoy kotloviny [Agrophytocenoses on dumps in the southern part of the Kuznetsk depression]. Novosibirsk, Offset Publ., 2010, 222 p. (In Russ.).
10. Kachinsky N.A. Mekhanicheskiy i mikroagregatnyi sostav pochvy. Metody ego izucheniya [Mechanical and microaggregate composition of the soil. Methods of its study]. Moscow, Publishing House of the USSR Academy of Sciences, 1958, 188 p. (In Russ.).
11. Kurachev V.M. & Ryabova T.N. Sostav ilistoy frakcii i ego svyaz' s geo-himicheskoy obstanovkoy pochvoobrazovaniya [The composition of the silt fraction and its relationship with the geochemical situation of soil formation]. Kniga: Problemy pochvovedeniya v Sibiri [Books: Problems of soil science in Siberia]. Novosibirsk, Nauka Publ., 1990, pp. 53-60. (In Russ.).
12. Tikhonova E.N. Pochvoobrazovanie na otvalah gornyh porod Kurskoy magnitnoyanomalii. Diss. kand. biol. nauk. [Soil formation on rock dumps of the Kursk magnetic anomaly. Abstract PhD (biological) diss.]. Voronezh, Voronezh State University, 2001, 25 p.
For citation
Lavrinenko A.T., Ostapova N.A., Safronova O.S., Kilin A.B., Evseeva I.N. & Morshnev E.A. Biological reclamation of re-compacted automobile dumps of coal mining enterprises. Ugol' - Russian Coal Journal, 2020, No. 7, pp. 92-95. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2020-7-92-95.
Paper info
Received January 11,2020 Reviewed February 11,2020 Accepted March 23,2020
