CC BY
130
УДК 622.882
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ ПРИ ОТКРЫТОМ СПОСОБЕ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
1 2 3
Б.Л. Тальгамер , А.В. Франчук , В.И. Снетков
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приведены рекомендации по проектированию природоохранной рекультивации глубоких карьеров на рудных месторождениях с естественным затоплением выработанного пространства.
Библиогр. 5 назв. Ил. 2.
Ключевые слова: рудные месторождения; карьеры; рекультивация.
JUSTIFICATION OF MINED LAND RECLAMATION PARAMETERS UNDER OPENCAST MINING OF ORE FIELDS B.L. Talgamer, A.V. Franchuk, V.I. Snetkov
Irkutsk state technical university, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article gives recommendations on planning nature protection reclamation of deep open-pits at the ore fields with natural flooding of goaf.
5 sources. 2 figures.
Key words: ore fields; open-pits; (mined land) reclamation.
При разработке рудных месторождений открытым способом структура нарушенных земель имеет свою специфику. Здесь сокращается доля площадей, занятых карьером, до 10-20 % (при среднем значении 20-35 % [1, 2, 3]) и возрастают площади под вскрышными отвалами, хвостами обогащения и инженерными сооружениями. В связи с относительно небольшой долей выработок в общей площади нарушенных земель при наиболее сложных условиях ликвидации негативных последствий горных работ именно здесь при разработке природоохранных мероприятий специалистами основное внимание уделяется рекультивации отвалов и хвосто-хранилищ, для которых разработано до-
статочно много технических решений [1, 2, 3]. При этом выбор рекомендаций по рекультивации глубоких карьеров весьма невелик.
В соответствии с ГОСТ 17.5.1.0285 [4] рекультивация нарушенных земель включает сельскохозяйственное, лесохозяйственное, водохозяйственное, рекреационное, природоохранное, санитарно-гигиеническое и строительное направления.
Направление рекультивации конкретного участка обосновывается, исходя из необходимости восстановления земель до состояния, пригодного для использования в традиционных для данной территории областях хозяйство вания, технолого-экономической целе-
1 Тальгамер Борис Леонидович, директор Института недропользования, доктор технических наук, профессор, тел.: (3952) 405197, факс: 405104, e-mail: [email protected]
Talgamer Boris, Director of the Institute of Subsoil Use, Doctor of Technical Sciences, Professor. tel.: (3952) 405197, fax: (3952) 405104, e-mail: [email protected]
2Франчук Александр Владимирович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952) 405104, e-mail: [email protected]
Franchuk Alexander, Candidate of technical sciences, Senior Researcher of the Department of Exploitation of Mineral Deposits, tel.: (3952) 405104, e-mail: [email protected]
3Снетков Вячеслав Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел.: (3952) 405102, e-mail: [email protected]
Snetkov Vyacheslav, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Surveying and Geodesy tel.: (3952) 405102, e-mail: [email protected]
сообразности и эффективности проведения восстановительных работ.
Горные выработки могут быть использованы, во-первых, для промышленных либо культурно-бытовых целей, а, во-вторых, для возможной в будущем разработки оставшихся либо законтурных запасов. В промышленности выработанное пространство используется в основном как место складирования различных отходов, утилизации шламов, создания очистных сооружений.
С участием авторов разрабатывались проекты рекультивации двух карьеров по добыче железных руд. Указанные карьеры эксплуатируются на месторождении нагорного типа, расположенном в зоне горной тайги, и окружены со всех сторон большим количеством естественных осеменителей. Такое местоположение с большой долей вероятности будет обеспечивать естественное восстановление травянистой и кустарниковой растительности на нарушенных площадях.
Месторождение представлено пластообразными рудными залежами мощностью от 2,0 до 60 м. Падение залежей западное, восточное и северозападное под углами 60-85°, местами вертикальное. Протяженность рудных залежей по поверхности от 850 до 3600 м, на глубину они прослежены до 200400 м. Значительная часть запасов выходит под наносы четвертичных отложений. Ширина рудной полосы в плане колеблется от 400-500 м до полного исчезновения.
Горнотехнические условия разработки карьеров характеризуются наличием разнообразных пород с различной плотностью, крепостью, водопоглаще-нием, трещиноватостью. Общая структура карьеров осложнена наличием разрывных тектонических нарушений, широко развито карстообразование.
Горнотехнические условия разработки запасов руды достаточно сложные, глубина карьеров около 400 м. Система разработки транспортная, с внеш-
ним и частично внутренним отвалооб-разованием.
Площадь месторождения относится к типично горно-таежной местности с резко расчлененным рельефом. Вся площадь месторождений перекрыта рыхлыми четвертичными отложениями мощностью в среднем 3-5 м, представленными песчаными грунтами, суглинками и супесями с включением щебня и обломочных пород. Грунты талые, величина сезонного промерзания достигает 2,3-2,5 м.
По пригодности к биологической рекультивации в соответствии с ГОСТ 17.5.1.03-86 [5] четвертичные отложения относятся к малопригодным породам и могут быть использованы «под лесонасаждения, травосеяние, ложе водоемов» в качестве потенциально-плодородных пород. Проектом рекультивации предусматривается на верхних горизонтах частичная селективная выемка пород четвертичного возраста с последующим их использованием для рекультивации.
В целом земли, занятые под карьеры и отвалы, по своим физико-механическим свойствам малопригодны для использования при рекультивации.
Вмещающие горные породы относятся к непригодным для биологической рекультивации и согласно ГОСТ 15.5.1.03-86 [5] их «...не следует выносить на поверхность. Необходимо захоронение пород. При наличии пород на поверхности целесообразно глинование, после чего возможно создание мелиоративных лесонасаждений, травосеяние».
Нарушение земель на площади проектируемых карьеров произойдет в результате образования карьерных выработок, отсыпки внешних отвалов вскрышных пород, сооружения пром-площадок, намыва хвостохранилищ и других земляных и инженерных работ.
Общая площадь земельного отвода для размещения всех объектов горнообогатительного комбината составляет
более 2500 тыс. га земель. Площадь нарушенных земель, находящихся в пределах земельного отвода, составляет около 2200 га, в том числе карьеры - 14 %, внешние отвалы вскрышных пород -24%, хвостохранилища - 46 %.
В соответствии с классификациями по ГОСТ 17.5.1.02-85 [4] карьеры относятся к группе нарушенных земель «выемки карьерные, глубинные нагор-но-террасированные».
Возможные нормативные направления рекультивации глубоких карьерных выработок в соответствии с ГОСТ 17.5.1.02-85 [4]:
1. Строительное - использование для складирования вскрышных пород.
2. Санитарно-гигиеническое (природоохранное) - в глубинной части -«водоемы природоохранного назначения», в нагорной - «многолетние насаждения, лесонасаждения природоохранного назначения».
3. Комбинированное: в глубинной части - строительное - «для размещения отходов производства (горных пород, отходов обогащения)»; в нагорной - «многолетние насаждения, лесонасаждения природоохранного назначения».
В проектах рассмотрены два последних варианта рекультивации карьерных выработок: создание водоемов в глубинных частях и засыпка одной из выработок до отметок, обеспечивающих сток поверхностных вод.
Как указывалось выше, плодородный слой (ПС) с площади месторождения не может быть использован для рекультивации ввиду непригодности для хранения, поэтому для рекультивации площадей по лесохозяйственному направлению при необходимости предусматривается использовать ПС с площади намечаемого к разработке соседнего месторождения.
Проектами предусматривается селективное снятие и складирование пород четвертичного возраста (супеси, суглинки с щебенисто-дресвяным материалом), которые могут быть использова-
ны «под лесонасаждения, травосеяние, ложе водоемов» в качестве потенциально-плодородного слоя (ППС). В процессе выполнения рекультивационных работ четвертичные породы наносятся на поверхность скальных пород слоем мощностью не менее 0,3-0,5 м.
Выбор направления рекультивации выработок в значительной степени обусловлен притоком воды в них, который возрастает по мере увеличения глубины карьеров до 2,5-3,0 тыс. м3/ч. После прекращения карьерного водоотлива карьеры будут затоплены естественным образом.
Для обоснования параметров рекультивации необходимо было определить положение уровней воды в карьерах после затопления. С этой целью для различных этапов затопления составлялись уравнения водного баланса:
Оп + Оатм = Оисп + Оф + Ос^ где Оп - приток подземных вод, м3/ч;
Оатм - поступление воды от атмосферных осадков, м3/ч;
Оисп - вода, испаряющаяся с поверхности водоема, м3/ч;
Оф - фильтрационные утечки через массив горных пород, м3/ч;
Ос - поверхностный слив из водоемов, м3/ч.
Составляющие уравнения водного баланса в значительной степени будут изменяться как в течение года, так в зависимости от уровня воды в карьерах. В начальный период затопления будет иметь место максимальный приток подземных вод, который будет уменьшаться по мере подъема уровня воды. По мере затопления будут увеличиваться испарение и поступление воды от атмосферных осадков. При подъеме уровней воды в карьерах до горизонта четвертичных отложений появятся фильтрационные утечки через борта карьеров.
После затопления карьеров уровень воды в них не будет стабильным: он будет подниматься в период ливневых дождей и таяния снега и падать в меженный период. Колебания уровня воды будут неблагоприятно сказываться
на развитии прибрежной растительности и значительно увеличат работы по формированию пляжной зоны.
Для сокращения затрат по формированию прибрежной зоны целесообразно стабилизировать уровень воды в затопленных карьерах. Для этого было намечено создание проранов (траншей) в бортах карьеров для обеспечения естественного стока ливневых и талых вод из водоемов на рельеф местности. Период затопления карьеров будет весьма длительным и составит 25-35 лет.
После определения проектных уровней воды в карьерах устанавливаются параметры и объемы работ по рекультивации. Рассчитываются размеры проранов для сброса максимальных поступлений воды в карьер от атмосферных осадков, определяются параметры пляжной зоны, предотвращающей эрозию бортов карьера под действием воды.
В соответствии с требованиями к водоему природоохранного назначения необходимо устройство пляжной зоны с уклоном 1:7. Согласно ГОСТ 17.5.1.0386 [5] скальные породы должны быть перекрыты слоем малопригодных пород. Принципиальная схема оформления бортов на уровне воды в карьерах представлена на рис. 1.
С отметки проектного уровня воды предусматривается проведение прорана в четвертичных породах для обес-
печения стока. Объем работ по сооружению проранов для рассматриваемых карьеров составляет около 1,5 тыс. м3.
Проектом предусматривается селективное снятие и хранение слоя потенциально плодородных пород. Площади под нанесение ППС составляют 275-850 тыс. м2, в т.ч.:
- площадь пляжа - 145-128 тыс. м ;
- ложа водоема (с учетом уклона) -690-720 тыс. м2.
Технический этап рекультивации по природоохранному назначению выше уровня воды включает в себя: выпо-лаживание откосов выработок до уклона 14°, планировку поверхности, нанесение слоя потенциально-плодородных пород.
Нанесение ППС на межуступные бермы проектом не предусматривается из-за опасности выполнения подобных работ, так как остающиеся после затопления уступы надводного борта сложены сильнотрещиноватыми породами. Кроме этого, большая часть высотных участков карьеров заложена внутренними отвалами, так что площадь остающихся свободных берм невелика.
Объемы работ по рекультивации карьерных выемок рассчитаны погори-зонтно с использованием программного комплекса AutoCad. Объемы горных пород, необходимые для формирования дна и берегов водоемов, составляют около 30 млн м3, в том числе ППС - более 400 тыс.м , вскрышных пород из
3
внешних отвалов - 17-29 млн м .
УВ о
хг
ППС 0,5м .лв • < Л т* / 1 й /
Рис. 1. Принципиальная схема рекультивации бортов карьерной выработки
В целях предотвращения падения в выработку людей и животных производится обваловка карьера по периметру. Предохранительный вал высотой 2 м сооружается экскаватором обратная лопата. Схема формирования вала пред-
ставлена на рис. 2. Предохранительный вал сооружается в процессе эксплуатации по мере формирования уступов. По окончании разработки вал при необходимости ремонтируется на разрушенных участках.
Рис. 2. Технология формирования предохранительного вала
Формирование ложа водоема производится послойно с рабочих горизонтов карьера. Максимальная высота отвального яруса 60 м (два строенных уступа). Нанесение ППС на отвальный откос производится в процессе отсыпки каждого яруса. Формирование пляжа производится через год после усадки отвальных пород. Бульдозерная планировка нанесенных пород ППС производится только на площади пляжа.
После завершения затопления карьеров будет осуществляться экологический мониторинг стока через прораны и в случае появления эрозионных процессов дно образовавшегося оврага должно укрепляться взорванными вскрышными породами из отвалов с созданием каменной отмостки русла.
Вариант с рекультивацией обеих карьеров по природоохранныму направлению с созданием в глубинных частях карьеров водоемов природоохранного назначения, в нагорных частях - необходимых условий для самозарастания поверхностей, соответствует полному
прекращению горных работ на данном месторождении. В случае создания вблизи новых карьеров по разработке рудного месторождения старые выработки могут использоваться для утилизации вскрышных пород и хвостов обогащения с рекультивацией данных карьеров по комбинированному направлению (с засыпкой выработанного пространства породами вскрыши и хвостами обогащения).
Таким образом, проектирование рекультивационных работ с затоплением выработанного пространства на глубоких карьерах должно осуществляться после прогнозирования уровня воды в искусственном водоеме с использованием уравнения водного баланса и планирования мероприятий по его стабилизации и противоэрозионному укреплению зоны абразии.
Библиографический список
1. Томаков П.И., Коваленко В.С., Михайлов А.М., Калашников А.Т. Экология и охрана природы при открытых
горных работах. М.: Изд-во МГГУ, 1994. 418 с.
2. Горлов В.Д. Рекультивация земель на карьерах. М. : Недра, 1981. 260 с.
3. Дорошенко Е.П. Рекультивация земель, нарушенных открытыми разработками. М.: Недра, 1979. 263 с.
4. ГОСТ 17.5.1.02-85. Охрана природы. Земли. Классификация нарушенных земель для рекультивации. М., 1985.
5. ГОСТ 17.5.1.03-86. Охрана природы. Земли. Классификация вскрышных и вмещающих пород для биологической рекультивации. М., 1986.
Рецензент доктор геолого-минералогических наук профессор кафедры прикладной геологии ИрГТУ В.А. Филонюк
