2.3. Основні проектні рішення

Згідно проектних розробок дану територію ділянок передбачається рекультивувати за сільськогосподарським напрямком використання (пасовища). З цією метою поверхня підроблених ділянок повинна бути піднята (підсипана) шахтними породами на товщину видобутих вугільних пластів. Глибина просідання визначена на підставі висновків інституту «Дніпрогіпрошахт» за кількістю, практичною значимістю вугільних шарів, коефіцієнта просідання порід (0,9). Згідно висновку просідання земної поверхні після розробки вугільних шарів на ділянці досягнуть 5 м.

Після відсипання та підняття території ділянки рекультивації до проектних відміток, поверхня повинна бути вкрита шаром штучних ґрунтів: потенційно-родючим та родючим шаром ґрунтів, мета даного заходу – мінімально знизити токсичну дію шахтних порід та створити сприятливі умови для вирощування сільськогосподарських культур.

Виходячи з наявності об’ємів придатних родючого та потенційно-родючого шарів ґрунту, які передбачаються для відсипки на шахтні породи, товщина шару буде складати 0,9-1,0 м.

Для пропуску через рекультивовану територію стоку (талого та зливового), з метою запобігання підтопленню території, запроектовані водоскидні канали. На ділянках рекультивації визначені контури з чагарниковою рослинністю (маслинка срібляста) та лісосмуга (деревні породи – акація біла, ясен, клен гостролистий). Проектом передбачається корчування деревно-чагарникової рослинності на визначених контурах (спалювання деревини на площах корчування).

Для визначення техногенного навантаження на рівень підґрунтових вод передбачається буріння та облаштування трьох спостерігальних свердловин в ключових точках по периметру ділянки рекультивації.

З метою відновлення родючості порушених земель, раціонального використання земельних ресурсів та охорони навколишнього середовища проектом передбачається здійснювати біологічний стан рекультивації з послідуючим сільськогосподарським напрямком використання земель (пасовища).

Внаслідок проведення робіт на технічному етапі при нанесенні шару потенційно-родючих порід та родючого шару ґрунту неминуче перемішування вищезазначених шарів ґрунтів, які значно можуть відрізнятись від фонових ґрунтів у порівнянні з їх непорушеними горизонтами.

Завданням біологічного етапу є проведення робіт з агротехнічних та фіто меліоративних заходів для поліпшення структурного стану, водно – повітряного та фізико-хімічного режимів, а також біологічних властивостей порушених земель, з метою їх ефективного використання.

Для здійснення заходів по відновленню родючості рекультивованих земель проектом передбачається після гірничо-технічного етапу проведення комплекса робіт висіву культур-меліорантів, внесення рекомендованих доз органічно-мінеральних добрив з проведення агротехнічних заходів.

Після гірничо-технічного етапу рекультивації, проведення біологічного етапу (з висівом травосуміші багаторічних трав), передбачається використання земель ділянки на площі 60,2 га під пасовища.

Черговість та технологія виконання робіт. За прийнятими проектними рішеннями всі види робіт з рекультивації порушених земель розділені на етапи, які виконуються в такій послідовності:

1. Підготовка території будівництва.

2. Гірничо-технічний етап рекультивації .

3. Біологічний етап рекультивації.

Нижче наводиться більш детальна технологія виконання перелічених робіт.

Підготовка території будівництва. На даному етапі виконуються культуртехнічні роботи, до складу яких входять: корчування деревно-чагарникової рослинності на площі 17,4 га (на ділянках зняття родючого та потенційно-родючого шарів ґрунту на гірничо - технічному етапі).

Технологія проведення культуртехнічних робіт. Культуртехнічні заходи, передбачають такі види робіт:

• розчистку площ деревної рослинності, до складу якої входить:

корчування дерев та згрібання викорчуваної маси, трелювання дерев до місць розробки від крон, трелювання та розвантаження деревної маси в місцях складування, трелювання пеньків та деревної маси до місць спалювання;

• ліквідація валів та куч;

• звільнення меліоративної площі від дрібних деревних залишків.

Розчистка від деревно-чагарникової рослинності. Звалювання дерев здійснюється прямим або роздільним корчуванням. Викорчувані дерева трелюються разом із кроною до місць розробки. Стовбури дерев для використання на дрова, слід видалити за межі ділянок корчування дерев. Спилювання верхівки дерева проводиться у місці стовбура з діаметром не більше 8 см. Складування деревини виконується в межах земельного відводу в південній його частині. Необхідна , для складування деревини площа – 0,38 га. Висота штабелів – 2,0 м.

Пеньки необхідно переміщувати у вали, перевертаючи коренями вверх для висихання ґрунту на протязі 1-15 днів, після чого з них формуються вали і проводиться спалювання. Спалювання пнів діаметром більше 15 см необхідно проводити після висихання у кучах через 2 місяці після укладання.

За результатами санітарно-хімічних та токсиколого - гігієнічних досліджень промислових відходів:

- Санітарно-хімічні та токсиколого-гігієнічні дослідження промислових відходів ВСП « Шахта ім. Героїв Космосу» ПАТ ДТЕК «Павлоградвугілля», м. Павлоград, Дніпропетровської обл.., проведені фахівцями «Придніпровського регіонального центру з питань еколого-гігієнічної та медико-біологічної оцінки промислових відходів ДЗ «ДМА» (Свідоцтво про атестацію вимірювальної лабораторії ДП «Дніпростандартметрологія» № ПЧ-261/2011 від 29.11.2011 р.) згідно договору № 512039 від 31.01.2012 р. Метою досліджень було визначення макрос кладу відходів, вмісту небезпечних речовин – важких металів та (або) їх сполук і визначення їх класу токсичності та ступеню небезпеки.

- Враховуючи макросклад відходів, що представлені переважно вуглевміщуючими гірничими породами, нейтральну реакцію водних витяжок, а також фактичні концентрації у відходах найбільш небезпечних складових – важких металів, їх практичну нерозчинність у воді, мул очисних споруд шахтних вод ВСП «Шахта ім. Героїв Космосу» слід відносити до мало небезпечних відходів (IV клас токсичності).

РОЗДІЛ ІІІ. Рекультивація і озеленення порідного відвала шахтоуправління Героїв космосу

Вугільна промисловість України є важливою складовою національної економіки. Вона вносить вагомий внесок в роботу металургійної промисловості країни за рахунок коксівного вугілля, сектора виробництва теплової енергії за рахунок енергетичного вугілля, а також забезпечує хімічну промисловість, як сировиною, так і енергоносіями. Вугільні запаси України складають близько 30 млрд. тонн. Екологічними наслідками здобичі вугілля для країни являються: руйнування і виснаження довкілля. Одним з ключових аспектів, включає постійну екологічну дію порідних відвалів, що псують український ландшафт. Зважаючи на свій склад, розташування і стан, порідні відвали впливають негативно на суспільство і усі компоненти природного довкілля (повітря, воду, надра). Усвідомлюючи усі ці проблеми, не можна упускати той фактор, що значна частина вугільних відвалів в країні (приблизно 3-5 %) мають економічну цінність, яка може бути використана. В цьому випадку існує можливість по зменшенню ризиків дії на довкілля і поверненню земель, які вони займають. Проте, завдання по зниженню ризиків і відновленню порідних відвалів без сумніву є складним.

Переробку порідних відвалів можна розглядати як дії, спрямоване на їх ліквідацію або переформування, що саме по собі є формою відновних робіт. Поки методи розробки і застосування істотно відрізняються від тих, які застосовуються в провідних країнах гірничодобувної промисловості, що призводить до менш значних результатів. У зв’язку з цим необхідно відмітити, що нові підходи можуть зіграти важливу роль для досягнення істотного поліпшення ситуації. Першочергові завдання, які мають бути:

1. створення форм рельєфу, переформовування порідних відвалів;

2. методи відвертання займання відвалів;

3. управління кислотно- і солевмісними відходами, верхній шар ґрунту, зміна складу ґрунтів;

4. регулювання стоків, методи відновлення рослинного покриву і облік кінцевого використання земель.

На шахтах Західного Донбасу в плоских і конусних відвалах накопичені більше 70 млн. тонни фітотоксичних сірковмісних вуглистих і глинистих сланців, аргілітів з високим вмістом мінералів піриту(FeS2), троилита (FeS), халькопіриту (FeCuS) та ін. Відомо, що сульфід вмістні гірські шахтні породи при винесенні на денну поверхню піддаються хіміко - біологічному окисленню з утворенням сірчаної кислоти і гідролізуються сульфатів заліза, в них під впливом біотичних і абіотичних чинників активізуються фізичне вивітрювання, окислення, розчинення, гідроліз, гідратація, звільнення великого запасу хімічної енергії, горіння і запилювання відвалів. Ці процеси супроводжуються: збільшенням обмінної кислотності, зростанням рухливості алюмінію, підвищенням розчинності заліза, марганцю, бору, цинку, міді і зниженням pH до 3-2. Усе це, а також мізерний зміст Са2+, гумусу, доступних для рослин форм азоту, фосфору, невелика кількість мулу, бесструктурність, низькі показники поглинальної здатності і водопроникності, надмірна солонцюватість і засоленість негативно позначаються на рослинах і характеризують сульфід-вмісті породи як складний об'єкт для рекультивації як на етапі виконання гірниче - технічних робіт, так і на етапі біологічного освоєння відвалів.

Рекультивація земель, порушених вугільною промисловістю Західного Донбасу, в теоретичному і практичному стосунках - напрям порівняно нове і, як у будь-якій новій проблемі, в рекультивації сульфід-вмістних гірських порід шахтних відвалів багато невирішених питань за методикою і організацією гірниче-технічних робіт, за визначенням завдань, об'ємів і способів рекультивації таких відвалів

На практиці в Західному Донбасі прийнята модель рекультивації сульфід-вмістних вуглевміщуючих порід способом засипки("поховання") їх глиною, суглинком з подальшим нанесенням на ці «Екрани» родючого ґрунту. Впровадження цієї моделі на великих площах виявилося дуже дорого, трудомістко або неможливо.

Таблиця 3.1.

Витратні матеріали методів рекультивації вершини породного відвалу.

Види ґрунтів	Загальноприйнятний спосіб рекультивації	Маловитратний спосіб рекультивації
Суглинок	10-12 тис. т/га	2-3 тис. т/га
Чорнозем	6-8 тис. т/га	2-3 тис. т/га

Об'єктом дослідження нового ефективного і мало затратного способу рекультивації став відвал блоку № 1 ПСП «ШУ ГЕРОЇВ КОСМОСУ» ПАТ «ДТЕК Павлоградвугілля»

Породний відвал введений в експлуатацію в 1965р і розташований північніше промислового майданчика шахти на відстані 0,8-1,4 км. на території Павлоградського района Дніпропетровської області.

На відстані 6 км на північний схід розташовані ріллі. Найближчий до шахти «Героїв Космосу» населений пункт-село Вербки, розташоване в 2 - х км на північ від ділянки шахти, в 10 км на північний схід розташований районний центр – Павлоградська ЦЗФ (Центральна збагачувальна фабрика) , в 2,5 км на південний схід смт, Нові Вербки.

Враховуючи ці параметри, можна віднести шахтний породний відвал до великого постійно діючого джерела забруднення навколишнього природного середовища, що негативно впливає на екологічну обстановку району та створити зону екологічної напруженості. Існуючий відвал є джерелом виділення пилу в атмосферу. Вплив на поверхню породного відвалу змінюється температури атмосфери, опадів, вітру, тепла, утвореного в результаті окислення вугілля і вуглевмісних порід, призводить до руйнування великих шматків до розміру пилу, Розрахунок розсіювання вуглепородного пилу показав, що вміст її на межі санітарно - захисної зони близько чи одно гранично допустимої концентрації і становить 0,9 - 1,0 ПДКл.

Постійно підвищений запилення повітря, а також забруднення ґрунту зсувами і осипами з поверхні відвалу завдають шкоди рослинності, викликаючи її деградацію. При вивченні формування рослинного покриву на породному відвалі було виявлено, що поселення рослин спочатку носить куртини характер, ускладнюють умови зростання рослин значна піднесеність породного відвалу над навколишньою поверхнею і крутість схилів.

Відвал шахти характеризується складними умовами для проростання рослин. Лімітуючим фактором є відсутність ґрунту , породна суміш представлена в основному глинистими і піщана - глинистими сланцями з домішкою вапняків , пісковиків, а також містить значну кількість горючих речовин (вугілля , вугільний пил , шахтний сміття , деревину ) Крім того , в породній масі відвалу присутні сульфід - містять породи. Вміст сірки : середня 2,3 % , граничне 2,8 %. Потрапляючи в поверхневий шар породного відвалу, сульфіди піддаються окисленню.

Процес окислення тривалий, починається з моменту формування відвалу. У результаті утворюється комплекс з високою токсичністю, надзвичайно низькою біологічною продуктивністю внаслідок накопичення токсичних для рослин сірчанокислих солей, важких металів. У силу цих причин сульфідні гірські породи віднесені до непридатним для використання в сільському і лісовому господарстві без їх докорінної зміни.

У зв'язку з гострою необхідністю нарощування темпів рекультиваційних робіт перед вченими Нікітського ботанічного саду керівництвом ПАТ «ДТЕК Павлоградвугілля» поставлено завдання розробки дешевих і менш матеріально - і енергоємних способів рекультивації відвалу шахти ім. Героїв Космосу для цілей його озеленення.

Завдання рекультивації сульфідних порід полягала не в «похованні» гірських порід потужним шаром суглинку та ґрунту, а в реалізації способів прискорення процесів вивітрювання, вилуговування, россолонцювання і ґрунтоутворення з максимальним використанням його чинників: клімату, рельєфу, а також із застосуванням невеликих доз дешевих і доступних меліорантів (тирси, шлаків, опадів хозбитових стоків, карбонатних суглинків, аллювиальной ґрунту з місць просадок від підробітку вугільних пластів) в суміші з сульфідної породою.

На основі створення на відвалах бугристо-западинами рельєфу розроблений і впроваджений без витратний рельєф формуючий спосіб рекультивації сульфідних гірських порід на шахті «ім. Героїв Космосу », де з 2000 р. успішно виростають більше 20 видів декоративних деревно-чагарникових рослин.

Найбільш ефективним і мало витратним способом рекультивації є фізико-хімічний. За науково обґрунтованими нормами він передбачає глибоку на 45-60 см плантажну оранку, ретельне змішування у сипучому (сухому) стані породи з карбонатною суглинком або глинами на ту ж глибину, відсипання і оранку родючого ґрунту.

Для шахти ім. Героїв Космосу раціонально і дешевше використовувати грунт з буртів біля відвалу № 2. При вмісті в ґрунтах , наприклад 3% гумусу , досить відсипати 2500т на 1 га ґрунту , що складе 75т/га гумусу , мінімально необхідного для проізростания дерев і чагарників. Потужність насипного шару складе близько 20см - ґрунту, 23 см - суглинку, при об'ємній масі насипної ґрунту 1.20 г / см ³. У результаті створюється пухкий окарбоначений родючий техногенний грунт підвищеної мулистих, достатньої оструктуренності, волого-і воздухоємкість, поглинальної здатності з перевагою кальцію. Усувається солонцюватість субстрату. Перманентно виникає в ґрунтовому розчині сірчана кислота буде зв'язуватися в гіпс , тому в шарі 60-70 см ніколи не розвиватиметься кислотний комплекс. При внесення родючого ґрунту в коре незаселеному шар заповнюється необхідні для рослин запаси гумусу, основних елементів живлення.

При маловитратні фізико - хімічному способі рекультивації максимальні витрати меліорантів складають 1500-2000 т / га карбонатного суглинку ( що залежить від вмісту в ньому кальцію і загальної сірки в шахтою породі ) і 300-500 т / га гумусірованних інгредієнтів ( ґрунту , опадів хозбитових стоків і ін.) Таким способом рекультивовано і озеленено більше 5 га відвалів по древньому руслу річки Самара на шахтах «Самарська» , «Західна - Донбаська » , «Павлоградська» , «Благодатна» , « ім. Героїв Космосу ». Загальновідомо , що способи створення для рослин едафічних умов визначаються гірниче-технічним етапом рекультивації шахтних відвалів. Цей етап складний, дорогий і його, в багатьох випадках, намагаються звести до мінімуму. Недооцінка , а часто і нерозуміння екологічної значимості кількісно - якісних показників едафічних умов для рослин - головна причина низької наукоємності проектів рекультивації та ефективності їх реалізації.

При обстеженні відвалу шахти ім. Героїв Космосу встановлено, що на укосах особливо в південній і північна - східній частинах, мається рослинність і йде процес самозарастання поверхні відвалу. З метою збереження формуючого рослинного шару на даних ділянках вирішено не проводити роботи з технічної рекультивації. Там де відсутня рослинність, згідно з пунктом 8.11 СОУ 10.1.00174125.011:2007 "Правила проведення гірничотехнічної рекультивації» для захисту укосів від водної та вітрової ерозії, а також можливості озеленення поверхні відвалу та догляду за зеленими насадженнями необхідно передбачити влаштування берм на укосах.

Роботи з нарізки берм проведені у східній та західній частинах відвалу, які є продовженням наявних берм на укосах. Влаштовується тераса призначена для подальшої відсипки суглинком і ґрунтом вниз по схилу для наступного посіву трав.

Проведення технічної та біологічної рекультивації прискорять процес заростання відвалу і стабілізує стан навколишнього середовища . Заключним етапом рекультивації здійснюватиметься озеленення , створення насаджень сприяють запобіганню і ослаблення ерозії , затримання твердого стоку , захист нижче розташованих угідь.

Зміцнення укосів породного відвалу поліамідним геометром. Миттєве запобігання процесів ерозії і довговічна стабілізація укосів. Ефективно застосовуються в Україні понад 15 років , в Європі більше 40 років - для захисту рекультивуються територій.

Проект рекультивації розроблений не стільки за допомогою застосування загальнодержавних нормативів (вироблених шляхом НЕ теоретичних узагальнень, а, найчастіше, за допомогою узаконених вольових рішень), скільки з використанням науково встановлених конкретних параметрів складу, властивостей гірських порід відвалів. Ці параметри визначають едафо-екологічний потенціал відвалу і цей потенціал вказує на можливість розвитку ґрунтоутворювального і фітопродукціонного процесів у часі.

При виборі методу проведення біологічної (озеленення) рекультивації використані рекомендації Нікітського ботанічного саду, що має багаторічний досвід у питаннях біорекультивація.

Для створення рослинного покриву на відвалі необхідні рослини - едифікатори та меліоранти, здатні до зміцнення безструктурні, сипучих субстратів, збагаченню їх поживними речовинами, зниження токсичності. Особлива роль у поліпшенні первинних екотопів належить трав'янистим азот фіксуючим рослинам дерево - чагарникових порід рекомендується фахівцями для озеленення породного відвалу досить різноманітний.

Створений рослинний покрив на відвалі забезпечить профілактику і захист від шкідливого впливу відвалу на навколишнє середовище, сприятиме меліорації поверхневого шару відвалу, прискорить ґрунтоутворювальний процес, поліпшить фізико-хімічну характеристику субстрату. Одночасно з цими функціями будуть використані декоративні якості озеленення для поліпшення естетики формованої території.

В результаті рекультивації відвала шахта ім. Героїв Космосу фізико-хімічним способом значно скорочується:

• фінансові витрати;

• матеріально-енергетичні ресурси (ПММ, родючий шар тощо).

І самий вирішальний фактор - економічний ефект від рекультивації:

- зменшення втрат і підвищення врожайності сільськогосподарських культур на прилеглих полях і продуктивності лісових насаджень;

- скорочення збитку від водної ерозії;

- поліпшення санітарно - гігієнічних умов місцевості (викиди).

Розділ VІ. Спрямування антропогенно-природних сукцесій рослинності шляхом формування фіто меліоративного покриву породних відвалів

Фітомеліорація передбачає використання природної перетворювальної функції фітоценотичного покриву, виробленої в геологічно довготривалому ході розвитку біосфери та еволюції рослин. Перетворювальна функція є наслідком продукційної, оскільки в процесі продукування виникають перетворення.

Фітомеліоративний покрив попереджує, послаблює та зовсім припиняє розвиток ерозійних процесів. Високе проективне вкриття поверхні рослинністю і її хороший розвиток забезпечують затримання значної кількості води на наземних частинах рослин, укріплення корінням рослин породного субстрату, зниження сили удару дощових крапель, затримання снігового покриву. Підвищення родючості літоземів займає роки і його ефективність визначається правильним підбором деревно-чагарникових порід та агротехніки їх вирощування. Основними екологічними чинниками, що визначають можливість створення лісових культур на відвалах, є склад і властивості грунтотвірних порід, умови їх зволоження, мікрокліматичні умови, характер рельєфу відвалу; впливає також рівень забруднення атмосфери, тому заходи із створення (розширення меж) фітоценозів на кожному відвалі слід здійснювати за розробленою в кожному певному випадку схемою, яка враховує всі особливості екотопів.

Формування фіто меліоративного покриву природних відвалів рекомендується проводити у трьох формах, які охоплюють заходи із сприяння природному заростанню і створення штучних фітоценозів, а також можуть поєднуватися між собою.