Раздел 5 биологическая рекультивация

Биологическая рекультивация включает в себя мероприятия по восстановлению плодородия земель, осуществляемые после технической рекультивации, состоящие из агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на возобновление флоры и фауны. Мероприятия представлены на блок-схеме (рис. 5.1).

Рис.5.1 Блок-схема биологической рекультивации

Агротехнические мероприятия представляют собой комплекс биомелиоративных работ, направленных на создание структуры почвенного слоя, обеспечивающей его плодородие. Состав мероприятий по биологической мелиорации зависит от структуры почвенного слоя, созданного в процессе технической рекультивации (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Структура почвенного слоя

В пределах насыпаемого слоя создается корнеобитаемый слой, мощность которого зависит от направления рекультивации. Основные породы отвала 1 (рис. 5.2) как правило, обладают токсичными свойствами, что вызывает необходимость в процессе технической рекультивации покрывать их водонепроницаемым экраном 2 из глинистых пород. Мощность водонепроницаемого экрана зависит от высоты капиллярного поднятия воды и для глинистых пород составляет 0,2¸0,5 м. Позицией 3 на рис. 20 отмечены потенциально плодородные породы. Верхний слой почв имеет мощность, зависящую от дальнейшего использования рекультивированной поверхности, и носит название гумусового слоя. Сумма мощностей гумусового слоя и слоя потенциально плодородных пород и составляет корнеобитаемый слой. Мощность последнего для посадки зерновых культур должна быть не менее 0,8 м, из которых до половины занимает мощность гумусового слоя (рис. 5.2, а). При лесохозяйственном направлении рекультивации структура почвы (рис. 5.2, б) представлена корнеобитаемым слоем мощностью 1,5-2,0 м, из которых 0,2¸0,3 м составляет гумусовый слой. Для посадки многолетних трав достаточно создать структуру согласно рис. 20,в, при которой гумусовый слой составляет 0,4¸0,5 м, а глинистый экран 2 имеет мощность 2-2,5 м.

Фитомелиоративные мероприятия проводятся в обязательном порядке в случаях, когда поверхность отвала представлена фитотоксичными породами кислого и щелочного состава. В зависимости от климатических условий, агрохимического анализа и физико-механических свойств отвальных пород могут применяться известкование, гипсование, вымывание, засыпка и другие способы мелиорации. В этой стадии биологической рекультивации производится и внесение удобрений.

При лесохозяйственном направлении рекультивации (которую считают наиболее эффективным направлением) посадку деревьев или кустарника производят в ямы или продольные борозды. Это направление применяют в тех случаях, где сельскохозяйственная рекультивация по каким-либо причинам нецелесообразна, либо когда воспроизводство лесов необходимо, исходя из хозяйственных потребностей, для создания рекреационных зон или для защиты земель от эрозии.

Рекультивация территории карьеров при сельскохозяйственном направлении использования:

После завершения разработок в карьере возможны различные варианты использования территорий. В основном рекультивацию проводят с целью использования территории под сельскохозяй­ственные угодья. Часто после рекультивации наблюдается даже не­которое повышение урожайности, так как при выемке грунта удаля­ются высокопроницаемые слои песка и гравия, а плодородный грунт приближается к грунтовым водам улучшая обеспеченность водой сельскохозяйственные угодия.

При рекультивации карьеров для сельскохозяйственного ис­пользования необходимо учитывать изменения микроклимата, со­провождающиеся возможностью скопления холодного воздуха. С целью уменьшения влияния холодного воздуха дну карьера прида­ют легкий уклон в сторону долины.

В процессе карьерных разработок существенно уплотняют под­почвенные слои за счет рабочих перемещений строительной техни­ки. Поэтому для повышения ценности рекультивируемой террито­рии проводят тщательное рыхление подпочвы на глубину до 0,5 м, после чего на дно карьера наносят пахотный слой почвы, частично смешивая его с подпочвой. Толщина слоя зависит от количества плодородной почвы, которую удалось сохранить в процессе произ­водства вскрышных работ.

На рациональное сельскохозяйственное использование терри­торий

влияют форма и размеры рекультивируемой территории. По­этому на стадии проектирования производства работ в карьере не­обходима параллельность границ отводимого участка площадью не менее 2 га.

Особая проблема рекультивации под сельскохозяйственные угодья в местах сухой выемки грунта — формирование откосов карьера.

Возможны два решения:

1. Рекультивацию карьеров глубиной до 5...6 м выполняют с вы- полаживанием откосов, которое позволяет получить дополнитель­ные площади, пригодные для использования; ослабить эрозионные процессы на откосах; предохранить рекультивированную площадь от заноса частицами грунта, смываемыми с откосов; улучшить об­щий ландшафт рекультивируемой территории.

При использовании площади откосов карьеров в сельскохозяй­ственных целях их крутизна должна обеспечивать беспрепятствен­ное движение машин как агрегатируемых с тракторами, так и само­ходных. В соответствии с этими требованиями откосы карьеров должны быть выположены до крутизны т = 5 и более.

2. Рекультивацию глубоких карьеров глубиной более 6... 10 м вы­полняют без выполаживания, а их крутизна должна составлять не менее т= 1,5. Учитывая большую длину склонов в глубоких карье­рах, через каждые 5 м по высоте на откосах устраивают бермы ши­риной до 3 м, выполняемые с некоторым уклоном в сторону откоса для защиты его от обширной эрозии и обеспечения доступа техники в процессе рекультивации.

Схема рекультивации и обустройства глубоких карьеров с кру­тыми склонами откосов после сухой выемки грунта показана на ри­сунке 5.5.

Нередко выработанное пространство карьеров в период эксп­луатации используют для бессистемного размещения внутрен­них отвалов смеси потенциально плодородного и непригодного грунтов вскрыши. Тогда условия проведения горнотехнического этапа рекультивации таких карьеров для сельскохозяйственного целевого использования существенно усложняются.

Схема производства работ при выполаживании откосов карьера приведена на рисунке 5.4.

Рис 5.4 Схема производства работ по выполаживанию бортов карьера:

1— плодородный слой почвы; 2— потенци­ально плодородный слой; 3 — слой непригод­ного грунта; 4 — дно карьера; 5 — борта карье­ра до выполаживания с заложением /и_к; 6 — проектное заложение бортов карьера (т) пос­ле выполаживания; 7— направление пере­мещения грунтовых масс при выполажива­нии; И_х — остаточная глубина карьера без уче­та толщины слоя почвы; А, Ь, /₃ — проект­ные размеры

Рис. 5.5. Схема рекультивации и обустройства глубоких карьеров после сухой выемки грунта:

I — выработанное пространство карьера; 2 — пашня; 3 — уровень грунтовых вод; 4 — восстанов­ленный почвенный слои по дну карьера; 5— склон выработки; 6— берма; 7— посадка саженцев деревьев и кустарниковой растительности после активации бедной почвы на склонах; 8, 9— вре­менные кавальеры потенциально плодородного и почвенного грунтов; 10 — сформировавшаяся древесно-кустарниковая растительность; II — прежняя высота местности; 12— направление уклона дна карьера

Рис.5.6 Паспорт нанесения потенциально плодородных пород

Рис.5.7. Паспорт нанесения почвенно–растительного слоя на потенциально плодородные породы.

При рекуль­тивации площадей таких карьеров в целях сельскохозяйственно­го использования необходимо выполнять следующие условия:

1. Непригодные и малопригодные породы внутренних отвалов вскрышных пород должны быть спланированы и засыпаны слоем нетоксичных (потенциально плодородных) грунтов, пригодных для развития корневой системы растений: не менее 0,6 м для пашни; 0,7 м — для сенокосов, 1...2 м — для лесопосадок. Паспорт нанесения потенциальных плодородных пород представлен на рисунке 5.6., так же на рисунке 5.7. представлен паспорт нанесения почвенно – растительного слоя на потенциально плодородные породы.

2. Сверху отсыпанной непригодной и малопригодной породы необходима отсыпка плодородного слоя почвы, забираемой из от­валов ранее снятого растительного грунта мощностью не менее 0,3...0,4 м под пашни, 0,2...0,3 м — под сенокосы.

3. При устройстве лесопосадок почвенный грунт засыпают в ямы непосредственно при посадке деревьев и кустарников.

4. Схема выполнения работ при горнотехническом этапе рекульти­вации выработанного пространства карьеров после прекращения их эксплуатации показана на рисунке 5.8.

5. При совмещении вскрышных работ с горнотехническим этапом рекультивации выработанного пространства карьеров непосред­ственно в период их эксплуатации возможно снижение затрат по­чти в 3...4 раза за счет сокращения числа переработки пород и уменьшения дальности их перемещения.

Рис.5.8. Схема выполнения работ при горнотехническом этапе рекультивации выработанного пространства карьера после прекращения эксплуатации:

а — разрез карьера в период эксплуатации; б — геологический разрез; в — разрез карьера в пери­од проведения рекультивации; 1—плодородный слой почвы; 2 — потенциально плодородный слой; 3 — непригодные породы; 4 — полезное ископаемое; 5— подстилающие горные породы; 6 — потребитель; 7 — внешний временный отвал плодородного грунта; 8— внешний временный отвал потенциально плодородного грунта; 9— выработанное пространство карьера; 10— внут­ренний отвал непригодного вскрышного грунта; 11 — дно карьера; 12— выровненный внутрен­ний отвал непригодного грунта; 13— насыпка нетоксичного (потенциально плодородного) слоя; 14—отсыпка слоя почвы