Тема 5.2 Технологічна рекультивація земель при гірських розробках

Рекультивация нарушенных земель заключается в засыпке провалов, прогибов инертными материалами, их планировке, выполнении мелиоративных работ и т. д. Помимо того, что принятая система разработки угольных пластов должна способствовать максимальному сохранению земной поверхности, сооружений, природных объектов, она же должна обеспе­чивать минимальные объемы выдаваемой из шахт породы. Отвалы, предназначенные для ее складирования, следует размещать на непригодных для сельского хозяйства землях (балки, овраги, провалы, заболоченные площади и др.). Наиболее благоприятные условия рекультивационных работ создаются при размещении отвалов в природных или техногенных формах рельефа (рис. 5.2.1). Если такие формы использовать нельзя, рекомендуется применять крупноплощадные многоярусные отвалы для обслуживания группы угольных предприятий.

Рис.5.2.1. Схема заполнения шахтной породой естественного понижения рельефа (балки, овраги)

Снятие, складирование и нанесение плодородного почвенного слоя и потенциально плодородных пород должно на полгода и более опережать фронт очистных работ на данном участке. Существует несколько вариантов снятия и использования ППС и ППП:

• снятие и хранение в специальных временных складах для последующего использования при рекультивации нарушенных земель;

• снятие и непосредственное нанесение на уже подготовленные площади;

• снятие и перемещение на прилегающие малопродуктивные угодья в целях повышения их плодородия.

От складирования отказываются, если длительное хранение почвы и пород экономически нецелесообразно. В этом случае ППС и ППП транспортируют на соседние рекультивируемые участки или по согласованию с землепользователем на угодья, которые могут быть использованы в сельском хозяйстве после нанесения на них плодородного почвенного слоя. ППС можно также употребить для городского зеленого строительства, парников, садов, огородов и других целей.

Если ППС и ППП складируют, то для сохранения их физико-химических свойств склады должны размещаться на неподрабатывамых сухих возвышенных (водораздельных) участках, защищенных от водной и ветровой эрозии, от зарастания сорняками, и быть спланированными. Для борьбы с эрозией и сорняками поверхность складов засевают многолетними травами.

Технологические операции по снятию плодородного слоя, его складированию, нанесению на рекультивируемые участки и территории выполняют с помощью скреперов, автоскреперов, экскаваторов с ковшами вместимостью 0,4 – 4,0 м³, грейдеров, бульдозеров, различных рыхлителей и автосамосвалов. Доставляют почвенный слой на небольшие расстояния автоскреперами и бульдозерами. Чаще всего это бывает при транспортировании почвы с участка шахтного поля, намечаемого к подработке, на соседний, уже подработанный, поверхность которого спланирована после засыпки провалов и ликвидации трещин. ППС снимают, транспортируют и укладывают на подготовленную поверхность за один цикл. Распределение и выравнивание почвы осуществляется бульдозером. Совместная работа экскаваторов, автосамосвалов, бульдозеров применяется при транспортировании плодородного почвенного слоя на значительные расстояния.

В зависимости от мощности слоя, производительности средств механизации для ведения рекультивационных работ применяют два варианта технологической схемы:

- выемку почвы экскаватором, погрузку ее в автосамосвалы, обработку бульдозером после разгрузки;

- снятие почвы бульдозером в навал, погрузку ее экскаватором в автосамосвалы, обработку бульдозером после разгрузки.

Второй вариант более распространен, так как формирование разрабатываемого плодородного почвенного слоя во временный склад (в навал) с последующей погрузкой его в транспортные средства экскаваторами значительно повышает эффективность последних. Почвенный слой во временный склад (отвал) перемещает бульдозер последовательными заходами. Двигаясь по прямой, он срезает и перемещает почву к временному отвалу, а затем возвращается задним ходом в исходное положение (рис. 5.2.2).

Рис. 5.2.2 Схема снятия плодородного слоя почвы и складирование его во временный отвал: 1 - бульдозер; 2 – автосамосвал; 3 – экскаватор.

При ликвидации нарушений на подработанной земной поверхности рекультивационные работы выполняют на сухих территориях, а также обводненных, заболоченных участках. Необходимым предварительным условием восстановления как сухих, так и обводненных подработанных территорий является снятие плодородного почвенного слоя и потенциально плодородных пород. Практически все дальнейшие работы по рекультивации нарушенной поверхности включают технологическую операцию — заполнение отрицательных техногенных форм рельефа инертными материалами. Не заполняют лишь небольшие по площади прогибы от плавного опускания земной поверхности при подработке, а также незначительные нарушения (котлованы от приготовления заиловочного материала, провальные воронки, водоотводные и другие канавы), если нет в непосредственной близости источников инертной массы для их заполнения. Однако следует учитывать, что плавное опускание земной поверхности на любой площади сопровождается появлением трещин на границах мульды оседания, которые приводят к обезвоживанию почвенного слоя. Поэтому при рекультивации необходимо предусматривать создание искусственного водоупора из глинистых пород требуемой мощности. Образование изолирующего слоя (толщина его должна быть не менее 3 м от отметки коренных пород) позволяет ликвидировать аэро- и гидродинамическую связь горных работ с поверхностью, уменьшить вероятность возникновения эндогенных пожаров, просачивание в горные выработки поверхностных вод и др.

Для засыпки провалов и прогибов при образовании изолирующего слоя в качестве инертных материалов используют: рыхлые четвертичные отложения, перекрывающие коренные породы; коренные породы, добытые в специальных карьерах; выдаваемую из шахт породу; перегоревшую породу шахтных отвалов и природных горельников; отходы обогащения угля, котельных, остатки строительного мусора, металлургические шлаки и др.

Технологию засыпки провалов и оформление рельефа в зависимости от используемого материала выбирают для каждого конкретного случая отдельно. При этом учитывают химические и физико-механические свойства материалов. Так, фитотоксичные породы повышенной кислотности следует укладывать в нижней части провалов с последующим перекрытием их слоем ППП толщиной не менее 2 м или предусматривать химическую мелиорацию кислых пород. В качестве мелиорантов используют обычно известь, однако могут применять и другие вещества. Вносят их не ранее чем через год после завершения работ по засыпке, учитывая, что рыхлые отложения (наносы), содержащие глинистые породы, становятся при большом давлении пластичными и угрожают прорывами в подземные выработки. Чтобы избежать таких явлений, применяют смесь наносов с привозными коренными породами, перегоревшей породой терриконов. Технологические схемы засыпки провалов приведены на рис. 5.2.3 и 5.2.4.

Рис. 5.2.3. Схема засыпки провалов четвертичными отложениями (наносами), взятыми непосред-ственно в районе провалов	Рис. 5.2.4. Схема засыпки провалов смесью наносов и привозных скальных пород

Если провалы засыпают породой, выдаваемой из шахт, или другими материалами, склонными к самовозгоранию, то необходимо проводить в соответствии с «Правилами безопасности» и специальные мероприятия по его предупреждению.

Для заполнения провалов рыхлыми породами (наносами) используют бульдозеры, привозным материалом - экскаваторы, автомобильный транспорт.

Мелиоранты на рекультивируемую поверхность вносят сельскохозяйственными машинами (разбрасыватели извести, дисковые бороны, ярусные навесные рыхлители - щелеватели и др.).

Одной из важных технологических операций по восстановлению нарушенных территорий является окончательная планировка рекультивируемых поверхностей. Ее выполняют после засыпки отрицательных форм рельефа инертными материалами, ППП и выполаживания склонов поверхности по верхней границе мульды (рис. 5.2.5) с последующим разравниванием укладываемого слоя ППП.

Рис. 5.2.5. Схема заделки трещин и выполаживания склонов мульды оседания: 1 - зона трещин; 2 - отвал ППС.

Во всех случаях планировку сухих рекультивируемых поверхностей производят с расчетом предотвращения их заболачивания. Для этого (по возможности) окончательные отметки поверхностей должны быть не менее чем на 1 м выше уровня грунтовых вод, существовавшего до начала подземных работ. Кроме того, рекультивируемым поверхностям придают равные уклоны в сторону логов, ручьев, рек без микрорельефа с таким расчетом, чтобы осадки не скапливались на отдельных площадях, а распределялись равномерно, а излишки их стекали в пониженные места. Если данные условия выполнить невозможно, то проводят профилактические мелиоративные работы: строят вертикальные дренажи для понижения уровня грунтовых вод; создают водоемы с целью сбора паводковых вод; подсыпают мелководные участки шахтной породой или другими материалами с последующим покрытием слоем ППП и ППС для биологического этапа рекультивации.

Профилактические мелиоративные работы выбирают в зависимости от анализа прогноза изменений гидрогеологического и гидрохимического режимов района с учетом физико-химических, агротехнических и других показателей пород, используемых для подсыпки понижений рельефа.

Заключительной технологической операцией по ликвидации нарушений на подработанной сухой территории является транспортирование и нанесение на спланированную поверхность ППС. Типичная технология рекультивации неглубоких (до 5 м), но значительных по площади провалов, прогибов и мульд оседания представлена на рис. 5.2.6.

Рис.5.2.6. Технология рекультивации мульд оседания и неглубоких провалов: 1 – плодородный слой почвы; 2 – потенциально плодородные земли; 3 – слой из шахтной породы.

При этом предполагается, что ППС и ППП предварительно сняты и складированы во временном отвале на ненарушенном участке поверхности.

Технический этап рекультивации обводненных или заболоченных понижений рельефа включает следующие технологические операции:

- осушение подработанной территории путем устройства системы горизонтального закрытого и открытого дренажа;

- снятие ППС и выемка ППП на участках, где позволяет рельеф местности и перемещение их во временные отвалы;

- подвоз инертной породы, подсыпка ею отрицательных форм рельефа, уплотнение и планировка изолирующего слоя;

- нанесение уплотнения и планировка слоя ППП;

- нанесение, разравнивание и окончательная планировка ППС.

	Рис.5.2.1. Схема заполнения шахтной породой естественного понижения рельефа (балки, овраги)
	Рис. 5.2.2 Схема снятия плодородного слоя почвы и складирование его во временный отвал: 1 - бульдозер; 2 – автосамосвал; 3 – экскаватор.
Рис. 5.2.3. Схема засыпки провалов четвертичными отложениями (наносами), взятыми непосред-ственно в районе провалов	Рис. 5.2.4. Схема засыпки провалов смесью наносов и привозных скальных пород
	Рис. 5.2.5. Схема заделки трещин и выполаживания склонов мульды оседания: 1 - зона трещин; 2 - отвал ППС.

Рис.5.2.6. Технология рекультивации мульд оседания и неглубоких провалов: 1 – плодородный слой почвы; 2 – потенциально плодородные земли; 3 – слой из шахтной породы.