Угол выполаживания откосов при рекультивации

Горнотехническая рекультивация

ГОРНОТЕХНИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ (а. mining-engineering recultivation; н. bergtechnische Rekultivierung; ф. remise en culture miniere et technique; и. diversiones mineras) — комплекс горнотехнических работ по восстановлению природного ландшафта, изменённого в результате открытой разработки месторождений полезных ископаемых. Благодаря горнотехнической рекультивации в CCCP ежегодно возвращается для народно-хозяйственного использования около 20 тысяч га земель.

Горнотехническая рекультивация — первый этап комплекса работ по рекультивации земель (второй этап — биологическая рекультивация). Задача горнотехнической рекультивации — подготовка нарушенных земель к проведению мероприятий по восстановлению плодородия, производству сельскохозяйственных и лесохозяйственных работ, а также работ по освоению водоёмов. Виды работ при горнотехнической рекультивации, согласно дальнейшему использованию восстанавливаемых земель, соответствуют общим направлениям рекультивации: сельскохозяйственному (создание на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий); лесохозяйственному (лесонасаждения эксплуатационные, озеленительные, почвозащитные, водоохранные и т.п.); водохозяйственному (водоёмы различного назначения); рекреационному (культурнооздоровительные мероприятия); природоохранному (посадка насаждений с целью озеленения и консервации отвалов, хвостохранилищ и горных выработок); строительному (застройка жилыми и промышленными зданиями и сооружениями).

Основные объекты горнотехнической рекультивации; отвалы вскрышных пород и выработанные пространства карьеров. Горнотехническая рекультивация включает: снятие и складирование плодородного слоя почвы; селективную разработку и укладку в отвал пород вскрыши с различными агрохимическими свойствами; устройство дренажной сети для предотвращения заболачивания восстанавливаемой территории; строительство въездов и дорог на отвалах; полную или частичную планировку поверхности отвалов; выполаживание, террасирование и стабилизацию откосов отвалов; мелиоративные мероприятия (известкование, гипсование); создание ложа и берегов водоёмов; покрытие поверхности плодородным слоем почвы. При подготовке отвалов в процессе горнотехнической рекультивации к сельскохозяйственному освоению их поверхности (предпочтительнее квадратной формы) придают односторонний уклон 3-5° (для стока воды), а участкам — продольный уклон не более 10°, поперечный — не более 4°. При подготовке под зерновые культуры и многолетние травы в условиях Урала и Сибири мощность корнеобитаемого слоя почвы предусматривается не менее 0,8 м, почвенного — не менее 0,3-0,5 м; для посадки кустарников и садов на отвалах мощность корнеобитаемого слоя 1-1,5 м; для лесов хозяйственного назначения 2,5-3 м. Подстилающий слой, служащий для защиты корнеобитаемого слоя от проникновения фитотоксичных элементов из отвальных пород, может формироваться из песков. Мощность его не меньше высоты капиллярного подъёма воды в отвальной массе. Откосы отвалов для различного хозяйственного использования выполаживают. Им придают сплошную или террасную форму. При сплошной форме откоса угол выполаживания выбирается из условий обеспечения роста растений, предотвращения эрозии почвы и возможности механизации сельскохозяйственных работ. В зависимости от свойств пород вскрыши, целей использования и формы откосов угол выполаживания 10-28°. Наибольшая высота террасы 5 м (при поперечном уклоне террасы до 1,5-2°).

Реклама

Технология работ при горнотехнической рекультивации определяется главным образом принятой системой разработки месторождения, физико-географическими условиями его расположения, ценностью отчуждаемых земель и направлением их дальнейшего использования; от механизации схемы отсыпки, формирования отвалов и их рельефа зависят объёмы работ по горнотехнической рекультивации.

При бестранспортной системе разработки горнотехническая рекультивация отвалов связана с большими объёмами работ по первоначальной планировке поверхности. Вызываются они сложностью рельефа, имеющего форму параллельных гребней, расстояние между которыми до 20-30 м, или рядов конусов с перепадом высотных отметок до 10-12 м. Обычно такие отвалы предназначены для лесохозяйственного, рекреационного и т.п. освоения. Если вскрышная толща слагается из потенциально плодородных и токсичных (или скальных) пород, то прибегают к их селективной укладке в отвал с тем, чтобы на поверхность отвала размещать только плодородную часть вскрышных пород. В целях снижения затрат на горнотехническую рекультивацию стремятся к выполнению максимально возможного объёма работы в ходе отвалообразования. На месторождениях с мощностью плодородной части вскрыши 8-10 м применяется схема ведения работ, предусматривающая установку драглайнов на предотвале и на вскрышном уступе. В заходке первоначально разрабатывается верхняя (плодородная) часть вскрышной толщи, укладываемая вскрышным драглайном в предотвал. Последний служит площадкой для отвального экскаватора, который с одного места стояния разрабатывает нижнюю (токсичную или индифферентную) часть заходки, укладывая породы в основание отвальной заходки верхнего яруса отвала. Перед передвижкой на новое место (по фронту) отвальный драглайн производит переэкскавацию плодородной части вскрыши в верхнюю часть отвального гребня. На месторождениях с мощностью потенциально плодородных пород менее 8 м применяют схему, по которой при укладке потенциально плодородных пород в межгребневое пространство драглайн смещается на расстояние до половины ширины заходки.

При усложнённой транспортно-отвальной системе, применяемой на месторождениях с мощным слоем плодородных пород во вскрышной толще, производится селективная разработка с укладкой потенциально плодородной части вскрыши драглайном. Роторный экскаватор разрабатывает верхнюю плодородную часть вскрыши, которую с помощью консольного отвалообразователя размещают во втором ярусе. Отсюда производится её переэкскавация драглайном на поверхность верхнего яруса. Последующее распределение по отвалу плодородных пород из образуемых штабелей может осуществляться драглайном, бульдозером, погрузчиком. Если разработка пород на верхнем вскрышном уступе ведётся роторным экскаватором и он попеременно вынимает плодородную и неплодородную части вскрыши, то применение консольного отвалообразователя позволяет производить раздельную укладку этих пород на верхнем ярусе отвала.

При транспортной системе разработки объёмы работ по первоначальной планировке поверхности отсыпанных отвалов значительно меньше, чем при бестранспортной. Для первоначальной планировки используют бульдозеры, грейдеры. При этой системе разработки в верхний ярус или в верхнюю часть яруса отвала также укладываются плодородные породы. Горнотехническая рекультивация откосов внешних отвалов, конечных бортов карьеров заключается в их выполаживании и террасировании. Выполаживание откосов может быть совмещено со строительством насыпи. При этом драглайн, установленный на нижнем ярусе, во время прямого хода укладывает впереди себя основную часть поступающих пород и возводит из них двухъярусную насыпь, а породы с благоприятными для биологической рекультивации свойствами укладывает в откосную часть верхнего яруса. При обратном ходе драглайн перемещает часть породы из откосной зоны верхнего яруса в откосную зону нижнего яруса, формируя на поверхности откосов слой плодородной вскрыши и обеспечивая заданный угол заложения откосов. Драглайны с радиусом разгрузки 60-100 м при работе по данной схеме в состоянии сформировать углы заложения откосов 10-25°. По достижении отвалами границ отведённой площади откосы выполаживаются драглайнами, бульдозерами, погрузчиками и мехлопатами.

Высота террас зависит от средств механизации отвалообразования и достигает значения, равного высоте верхнего отвального подступа. Технологическая схема позволяет в ходе отвалообразования сформировать слой плодородных пород на всей поверхности откоса.

При нарушении горными работами и отвалами земель, содержащих почвенный слой, обязательна его селективная разработка и сохранение. Для этой цели на карьерах чаще всего применяют бульдозеры, скреперы, погрузчики, грейдер-элеваторы и др. в сочетании с автомобильным, конвейерным и железнодорожным транспортом. В CCCP (например, на карьерах KMA) и за рубежом находят применение гидродоставка и укладка плодородных пород в рекультивируемые отвалы. Структура и основные агротехнические свойства плодородных пород после гидроукладки сохраняются полностью, к тому же после обезвоживания пород на отвале создаётся благоприятный для сельскохозяйственного освоения рельеф.

На горнотехническую рекультивацию приходится 80-90% общих затрат, предназначенных для рекультивации ландшафта. Основную долю расходов по горнотехнической рекультивации земель для сельскохозяйственного использования составляют затраты на селективную выемку и укладку почвенного слоя. При совмещении горнотехнической рекультивации с основными технологическими процессами (вскрышные и отвальные работы) затраты снижаются более чем в 2 раза. Расходы на рекультивацию земель относятся на себестоимость добытого полезного ископаемого.

Экология СПРАВОЧНИК

Информация

Выполаживание откосов

ВЫПОЛАЖИВАНИЕ ОТКОСОВ — укладка пород по откосам отвалов до нормального угла по требованиям рекультивации ландшафта . вид планировки земель, предшествующий биологической рекультивации с последующим их мелиоративным освоением или формированием на отвалах естественных биогеоценозов. ВЫПРАВЛЕНИЕ РЕК — комплекс мероприятий по упорядочению русла рек с целью создания благоприятных условий судоходства и лесосплава, уменьшения размывов русла рек и подмыва берегов (ГОСТ 19185-73). При В.р. необходимо сводить к минимуму возможное ухудшение условий обитания гидробионтов и уменьшение степени обводненности территории.[ . ]

Для этого перед планировкой с полосы, прилегающей к оврагу, срезают гумусовый слой почвы и перемещают его в сторону от оврага. Затем производят выполаживание откосов и разравнивание плодородного слоя почвы по поверхности откосов. При этом возрастает объем работы, так как один и гот же слой почвы вначале перемещают вверх по склону, а потом вниз.[ . ]

Более часто применяется выполаживание откосов небольших оврагов до тракторопроходимых уклонов. Если после ликвидации оврага предусмотрено использовать межовражные участки под пашню, крутизна выположенных откосов не должна превышать 10°, а дно необходимо засеять многолетними травами. Если овраг размещается на склоне с многолетними насаждениями, то проектный уклон целесообразно принимать равным крутизне прилегающих склонов (10-15°). При использовании участка с оврагом под сплошное облесение и залужение проектная крутизна выполаживаемых откосов может быть 15-20°. С уменьшением угла наклона выположенных откосов возрастает объем земляных работ.[ . ]

При горнотехнических мероприятиях производится выполаживание откосов отвалов и бортов карьеров, планировка “вершинной” поверхности каждого отвала и днищ карьеров, покрытие, если необходимо, сформированных наклонных и горизонтальных поверхностей потенциально плодородными рыхлыми отложениями или почвами, которые были предварительно сняты и складированы отдельно от вскрышных пород. Горнотехнические мероприятия, по существу, так меняют геолого-геоморфологическое строение нарушенной местности, что в итоге создается специфический запланированный рельеф с насыпными поверхностными отложениями, которые образуют прерывистый или сплошной чехол, верхним слоем которого иногда служат настланные почвы.[ . ]

Технологические показатели — способы планировки и выполаживания откосов отвалов, методы создания почвенного слоя, технологичность способов восстановления, средства зашиты от эрозии, оврагообразования, подтопления, заболачивания, использование профессивных процессов, новых эффективных условий почвообразования, совершенных форм организации труда.[ . ]

Размыв отвальных территорий зависит от их площади, рельефа и от массы и скорости течения воды. При формировании отвалов необходимо создавать условия, предохраняющие откосы от водной эрозии. Это достигается путем устройства террас на откосах отвалов, предохранительных берм между отсыпаемыми ярусами и выполаживания откосов отвалов. Формирование отвалов с ровной поверхностью должно вестись в процессе эксплуатации отвального хозяйства карьера.[ . ]

В таблице 110 приведены примеры расчета ширины полосы среза и объема земляных работ в случае засыпки оврагов различной глубины и ширины в зависимости от заданного уклона выполаживания откосов.[ . ]

Чтобы избежать ускоренного развития эрозии во время проведения мелиоративных работ (а их приходится проводить не один год), их надо проводить в определенной последовательности. Начинают со сложных мелиоративных работ — засыпки ложбин и выполаживания откосов неглубоких оврагов, которые будет пересекать прибалочная лесополоса. Затем строят водозадерживающие (водоотводные) сооружения.[ . ]

Опыт Молдавской ССР показал, что вместо закрепления оврагов путем проведения на них гидротехнических или лесомелиоративных мероприятий во многих случаях более целесообразно осуществлять их сельскохозяйственное освоение при помощи полной засыпки или выполаживания откосов. Выполнение гидротехнических и лесомелиоративных мероприятий связано с вложением больших затрат и дополнительным отчуждением ценных сельскохозяйственных земель. Так, закрепление вершины оврага с помощью бетонного быстротока и валов-канав требует изъятия до 5 % площади, расположенной выше вершины оврага. Значительные площади иногда отводят под закладку приовражных лесополос.[ . ]

Широкие работы по засыпке промоин и оврагов проводятся в хозяйствах Мордовской, Татарской АССР, Воронежской области. Например, в колхозе «Рассвет» Ре-пьевского района Воронежской области в балке Красин-ской на склонах 15—16° насчитывалось пять оврагов глубиной до 10 м, 40 — от 0,5 до 2 м и масса мелких (до 0,5 м) промоин. После засыпки и выполаживания промоин и оврагов на площади 70 га посеяли многолетние травы. На другом участке площадью 100 га было два оврага глубиной до 18—22 м, восемь оврагов — до 7 м и 45 промоин глубиной 1,5—2 м. Промоины и мелкие овраги заровняли, на глубоких оврагах провели выполажи-вание откосов. В колхозе «Первомайский» Мордовской АССР в результате осуществления работ по коренной мелиорации пастбищ с засыпкой всех промоин и оврагов продуктивность их возросла с 20—30 до 100—120 ц/га зеленой массы, что значительно снизило себестоимость кормов.[ . ]

Применение научно обоснованных рекомендаций по определению оптимальных составов торфопесчаной смеси, норм внесения семян и удобрений, а также мотивированное исключение (или уменьшение) ряда малоэффективных мероприятий по технической рекультивации (приготовление и мульчирование торфосмеси, нанесение мульчирующего слоя, ограничение объема земляных работ по снятию плодородного слоя и выполаживанию откосов) позволяют снизить стоимость восстановительных работ в 3 — 4 раза при улучшенных конечных результатах [4].[ . ]

Гидротехнические мероприятия применяют в тех случаях, когда другие приемы не в состоянии предотвратить эрозию. К ним относятся гидротехнические сооружения, обеспечивающие задержание или регулирование склонового стока: поделка террас с широкими основаниями, валов и канав, различные вершинные сооружения (лотки, водотоки), останавливающие дальнейший рост оврагов, донные сооружения по руслам и днищам оврагов и ложбин, устройство лиманов и террас, выполаживания откосов оврагов и др.[ . ]

ЗАО «Салек»

«Дополнением к проекту «Ликвидация участка открытых горных работ на поле ЗАО «Салек» в части рекультивации нарушенных земель»

ЗАО «Салек» является действующим предприятием. Участок открытых горных работ на поле ЗАО «Салек» расположен в пределах горного отвода в грани-

цах лицензия на право пользования недрами КЕМ № 00797 ТЭ от 15.01.1992г на Северо-Талдинском месторождении Ерунаковского геолого-экономического района Кузбасса.

По административному делению участок входит в состав Прокопьевского

района Кемеровской области на землях лесного фонда (аренда ДЛК), паевых землях (собственность ЗАО «Салек»), землях КУГИ (фонд перераспределения), паевых землях (аренда ООО «Верх-Тыхинское») и землях Администрации Прокопьевского района.

Отработка участка открытых горных работ на поле ЗАО «Салек» была пре-

кращена в 2010 году.

Результатом ведения открытых горных работ является техногенный рельеф,

представляющий собой две остаточные карьерные выемки с внутренним отвалом. Фактическое положение карьерных выемок на начало работ по рекультивации представлено на рисунке 1.

Прекращение добычи угля в 2010 году было связано с отработкой подготовленных запасов на участке открытых работ.

На момент прекращения горных работ в 2010г количество не отработанных

промышленных запасов составляло 214 тыс. т.

Оставшиеся запасы в количестве 214 тыс. тонн находились под внутренним автомобильным отвалом.

Расчеты, в ранее выполненном (2011г.) «Проекте ликвидации участка открытых горных работ ЗАО «Салек», показали, что доработка запасов на участке открытых горных работ ЗАО «САЛЕК» являлась бы убыточной, так как доработка запасов сопровождалась бы большими объемами отработки вскрышных пород для разноса лежачего борта участка и уборки навалов в связи с разбором внутреннего автомобильного отвала.

Так как доработка запасов угля была связана со значительным превышением

производственных затрат над стоимостью угольной продукции, руководством компании было принято решение о ликвидации участка открытых горных работ ЗАО «Салек».

Позднее запасы были списаны с государственного баланса (протокол ГКЗ №3673 от 28.05.2014г.).

Для дальнейшего использования земель по целевому назначению и передачи их землепользователям необходимо проведение работ по рекультивации нарушенных земель.

Настоящим «Дополнением к проекту «Ликвидация участка открытых горных работ на поле ЗАО «Салек» в части рекультивации нарушенных земель» предусматривалось внесение изменений в раздел «Рекультивация нарушенных земель» ранее разработанного в 2011 году «Проекта ликвидации участка открытых горных работ ЗАО «Салек».

Согласно заключению СФ ОАО ВНИМИ ликвидация и рекультивация оста-точной карьерной выемки была принята «сухим» способом — путём полной засыпки

остаточной горной выработки до дневной поверхности.

Рекультивацию нарушенных земель предусматривалось проводить в два последовательных этапа: технический и биологический.

Рисунок 1 — Фактическое положение карьерных выемок на начало работ по рекультивации

Горно-техническим этапом рекультивации предусматривалось проведение планировочных работ участка открытых горных работ на поле ЗАО «Салек».

При выполнении горно-технического этапа рекультивации предусматривалось заполнение остаточных карьерных выемок вскрышной породой разреза «Заречный» и формирование общей поверхности с внешнем отвалом. Технические решения по планировке поверхности карьерных выемок представлены на рисунке 2.

Для перевозки вскрышных пород на формирование вертикальной планировки благоустройства участка открытых горных работ на поле ЗАО «Салек» предусматривалось строительство автомобильной дороги от северной границы горного отвода разреза «Заречный» ОАО «СУЭК-Кузбасс» до южной границы участка открытых горных работ на поле ЗАО «Салек».

Технические решения по строительству автомобильной дороги были представлены ООО «Сибгипрошахт» в отдельной проектной документации «Проект межплощадочной технологической автомобильной дороги от разреза «Заречный» до участка открытых горных работ ЗАО «Салек», выполненной в соответствии с разделом III «Линейные объекты» Постановления Правительства РФ №87.

Вскрышными породами предусматривалось заполнение двух остаточных карьерных выемок.

Проведение планировочных работ технического этапа рекультивации участка открытых горных работ, на поле ЗАО «Салек», включали в себя выполаживание откосов отвальных ярусов, нанесение слоя ППСП и ПСП поверх рекультивируемых поверхностей и чистовую планировку поверхности отвальных ярусов.

Угол наклона по выполаживанию откосов определялся исходя из направления рекультивации, из целевого назначения рекультивируемого отвала.

Технический этап предусматривал создание рекультивационного слоя для биологического этапа сельскохозяйственного направления рекультивации.

В настоящем проекте сельскохозяйственное направление рекультивации

реализовывалось на платообразной поверхности отвалов посевом многолетних трав для создания на нарушенных землях сельскохозяйственных угодий.

Посадка лесных насаждений предусматривалась на выположенных откосах отвалов.

При выборе лесных культур учитывались существующие облесенные территорий.

Для организации сбора и отвода поверхностных сточных вод с породных отвалов предусматривалась система водоотводных канав, по которым сточные воды собирались в аккумулирующих водосборниках. Произведен подбор насосного оборудования для перекачки поверхностных стоков на очистные сооружения.

При реализации проектных решений по «Дополнению к проекту «Ликвидация участка открытых горных работ на поле ЗАО «Салек» в части рекультивации нарушенных земель» была произведена оценка воздействия на состояние окружающей среды, был определен характер, степень опасности и масштаб воздействия на состояние окружающей среды.

По результатам оценки было видно, что при реализации технических решений проектной документации, уровень воздействия на окружающую среду является допустимым.

При выполнении технического и биологического этапов рекультивации учитывались технические условия выданные департаментом лесного комплекса Кемеровской области и КУМС Прокопьевского муниципального района, а также морфометрические параметры техногенного рельефа подлежащего рекультивации.

Положение карьерных выемок на конец рекультивации представлено на рисунке 3.

Настоящая проектная документация была согласованна КУМС Прокопьевского муниципального района и департаментом лесного комплекса Кемеровской области в соответствии с положением о согласовании и утверждении землеустроительной документации.

Также на соответствующую проектную документацию получено положительное заключение экспертной комиссии государственной экологической экспертизы материалов.

В рамках работ по проектированию специалисты ООО «Сибгипрошахт» сопровождают проектную документацию и непосредственно участвуют в получении необходимых согласований и заключений, установленных законодательством.

Рисунок 2 — Технические решения по планировке поверхности карьерных выемок

Рисунок 3 — Положение карьерных выемок на конец рекультивации

Проект межплощадочной технологической автомобильной дороги от разреза «Заречный» до участка открытых горных работ ЗАО «Салек»

Строительство межплощадочной технологической автомобильной дороги с ПЕ

«Разрез «Заречный» до участка открытых горных работ ЗАО «Салек» предусматривалось для выполнения горнотехнического этапа рекультивации участка открытых горных работ предприятия ЗАО «Салек».

Общий объём вскрышных пород, планируемый направить на благоустройство

участка открытых горных работ на поле ЗАО «Салек» составлял 26,0 млн. м 3 .

Протяженность предусматриваемой межплощадочной технологической автодороги для обеспечения перевозочного процесса породы для целей рекультивации — 3,2 км.

По проектируемой межплощадочной технологической автодороге перевозка

грузов (вскрышных пород) планируется в течение трех лет. По сроку службы автодорога была отнесена к временным дорогам III -к категории.

Для транспортирования вскрышных пород для целей рекультивации (2015-2017 гг.) по проектируемой межплощадочной технологической автомобильной дороге с ПЕ «Разрез «Заречный» до участка открытых горных работ ЗАО «Салек» предусматривались большегрузные автосамосвалы типа БелАЗ-75131 г/п 130 т, БелАЗ-75306 и БелАЗ-75302 г/п 220 т.

Участок проектируемой автодороги протяженностью 1,7 км (1,7 км реконструкции из 3,2 км) был проложен по существующей основной межплощадочной углевозной автодороге ПЕ «Разрез «Заречный» ОАО «СУЭК-Кузбасс», соединяющей промежуточный угольный склад разреза Заречного с угольным складом станции Погрузочная. По существующей углевозной автодороге автосамосвалами г/п 20-40т (типа Volvo, КамАЗ, Howo и т. п.), транспортировался добываемый на ПЕ «Разрез «Заречный» ОАО «СУЭК-Кузбасс» уголь в объеме 4000тыс. т. в год.

Для обеспечения дальнейших перевозок угля с ПЕ «Разрез «Заречный», а также для передвижения пассажирского транспорта, техническими решениями проекта было предусмотрено строительство отдельной проезжей части для данного вида перевозок, в целях разделения грузовых потоков и в связи с этим типов технологического транспорта по габаритам.

Проектирование нового участка углевозной автодороги протяженностью 1,7 км было выполнено параллельно проектируемой межплощадочной технологической

автодороге на совмещенном земляном полотне с автодорогой для целей рекультивации, слева по ходу пикетажа.

На рисунке 1 приведено расположение межплощадочной технологической автомобильной дороги от разреза «Заречный» до участка открытых горных работ ЗАО «Салек» и проектируемой межплощадочной углевозной автодорога участка «Заречный».

По мере доведения земляного полотна до проектного очертания предусматривался комплекс укрепительных работ.

Для осуществления водоотвода предусматривалась нарезка кюветов и водоот-

водных канав вдоль полотна автодороги.

В рамках реализации проектных решений предусматривалось устройство искусственных сооружений для пропуска необходимого объема ливневых вод определенного выполненными инженерными изысканиями.

Для обеспечения безопасности при движении по межплощадочной технологи-

ческой автодороге автосамосвалов грузоподъемностью 130-220т, а по углевозной ав-

тодороге автосамосвалов г/п 20-40т между смежными бровками автодорог было преду-

смотрено направляющее устройств.

Рисунок 1 — Межплощадочная технологическая автомобильная дорога от разреза «Заречный» до участка открытых горных работ ЗАО «Салек» и проектируемая межплощадочная углевозная автодорога участка «Заречный»

На период строительства автодороги разработан перечень мероприятий по обеспечению на линейном объекте безопасного движения.

Перед устройством земляного полотна предусматривалось снятие раститель-ного слоя с ненарушенных участков поверхности из-под насыпи, с кюветов и выемок.

Выбор конструкции дорожной одежды межплощадочной технологической автодороги с ПЕ «Разрез «Заречный» ОАО «СУЭК-Кузбасс» до участка открытых горных работ ЗАО «Салек» производился с учетом объемов перевозок по годам, движения автосамосвалов г/п 130т и 220т, климатических, гидрологических условий местности и обеспеченности дорожно-строительными материалами.

Конструкция дорожной одежды нового участка основной межплощадочной

углевозной автодороги была рассчитана с учетом объемов перевозок угля по годам и движения автосамосвалов грузоподъемностью 20-40т.

В рамках проекта выполнены расчеты дорожных одежд проектируемых автодорог на прочность с соответсвующим полным обеспечением условий прочности принятых конструкций дорожной одежды при фактических грунтах земляного полотна.

Для регулирования движения транспорта и организации водителей в пути решениями проекта были предусмотрены технические средства организации дорожного движения.

Проектом было предусмотрено освещение пересечения существующей «Углевозной технологической автодороги» филиала ОАО «УК «Кузбассразрезуголь» с проектируемой технологической дорогой ПЕ «Разрез Заречный» на поле ЗАО «САЛЕК» в соответствии с требованиями нормативных документов.

Освещение и питание осветительных устройств пересечения автодорог выполнялось в соответствии с Техническими условиями выданными разрезом «Заречный».

В документации определен характер, степень опасности, масштаб воздействия на состояние окружающей среды при реализации проектных решений. В связи с этим разработан перечень мероприятий, обеспечивающих сохранение окружающей среды в период строительства.

В период 2018-2023 годы автодорогу предусмотрено использовать для целей биологического этапа рекультивации участка открытых горных работ на поле ЗАО «Салек». В дальнейшем автодорога сохраняется для нужд предприятий, действующих на Талдинском месторождении.

автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.03, диссертация на тему: Разработка технологии выполаживания техногенных откосов средствами гидромеханизации

Текст работы Кононенко, Алексей Евгеньевич, диссертация по теме Открытая разработка месторождений полезных ископаемых

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КОНОНЕНКО Алексей Евгеньевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЬШОЛАЖИВАНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ОТКОСОВ СРЕДСТВАМИ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ

Специальность 05.15.03 — «Открытая разработка месторождений полезных ископаемых»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических иаук

Заслуженный деятель науки и техники РСФСР, доктор технических наук, профессор Н.И. Томаков

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. 7

1.1. Анализ объемов работ но выполаживашпо откосов и нанесению на их поверхность потенциально-плодородных пород. 7

1.2. Анализ и оценка существующего опыта рекультивации откосов 13

1.3. Пути совершенствования технологии рекультивации откосов и целесообразность применения средств гидромеханизации. 22

1.4. Основные задачи и методы исследований. 24

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ФАКТОРОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ОТКОСА . 26

2.1. Анализ параметров, определяющих устойчивостиОткоса. 26

2.2. Исследование влияния величины внешней нагрузки уступа на

его устойчивость. Ь

2,3. Исследование влияния степени обводнения уступа на его устойчивость . ЗУ

3. РАЗРАБОТКА И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПОЛА-ЖИВАНИЯ ОТКОСОВ СРЕДСТВАМИ ГИДРОМЕХАНИЗМ

3.1. Технология обрушения откосов с использованием средств гидромеханизации с целью нх выполажив ания при рекультивации 53

3.2. Определение времени обрушения откоса. 57

3.3. Определение параметров откоса уступа после его выполажива-

ния путем обрушения. 63

4. РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТКОСОВ ПУТЕМ ИХ УПРАВЛЯЕМОГО ОБРУШЕНИЯ. 92

4.1. Методика расчета основных параметров технологии управляемого обрушения откосов. 92

4.2. Пример расчета параметров технологии управляемого обруше-нш откосов при рекультивации железнодорожного отвала «Бродок» Лебединского ГОКа. 98

4.3. Оценка экономической эффективности выполаживания откосов отвала «Бродок» с использованием технологии управляемого

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ. 129

Актуальность работы. В настоящее время открытым способом добывается около 75% общего объема твердого минерального сырья. Разработка месторождений открытым способом влечет за собой нарушения больших площадей земной поверхности. Характер этих нарушений зависит от принятой системы разработки месторождения, выбор которой определяется, главным образом, условиями залегания полезного ископаемого.

В России общая площадь земель, нарушенных при разработке угольных и рудных месторождений, в настоящее время составляет более 220 тыс.га и возрастает год от года.

Основная доля земель, нарушенных в ходе ведения открытых горных работ, преходится на остаточные горные выработки и внешние отвалы. С целью снижения вредного воздействия занимаемых ими территорий на окружающую среду, обеспечения возможности их использования для нужд народного хозяйства на горнодобывающих предприятиях в обязательном порядке проводится рекультивация, предусматривающая выполнение двух этапов: горнотехнического и биологического. Необходимыми процессами горнотехнической рекультивации площадей остаточных горных выработок и внешних отвалов являются выполаживание откосов и покрытие их поверхности слоем тготеньщально-плодородных пород.

В настоящее время горнотехническая рекультивация откосов уступов остаточных горных выработок и отвалов производится, как правило, путем их выполэживзния с последующим нанесением на их поверхность потенциально-плодородных пород при использовании различных видов оборудования (бульдозеров, экскаваторов, скреперов и др.). Недостатками этой технологии являются высокая трудоемкость и стоимость режужтив анионных работ. Таким образом, разработка технологии выполаживания техно-

генных откосов средствами гидромеханизации, позволяющей снизить трудоемкость, а следовательно, и стоимость работ по их горнотехнической рекультиващи, является актуальной научной задачей.

Целью работы является разработка и обоснование параметров управляемого обрушения откосов средствами шдромеханизации при их рекультивации.

Идея работы состоит в том, что выхолаживание техногенных откосов при одновременном нанесении на их поверхность потенциально-плодородных пород может быть осуществлено за счет сил гравитации под воздействием факторов внешней нагрузки и обводнения.

Основные научные наложения, разработанные лично соискателем, н новизна:

1. Эффективное гравитационное выполаскивание откосов уступов с целью их рекультивации может быть осуществлено только при одновременном воздействии на уступ факторов внешней нагрузки и обводнения.

2. Время формирования критической нагрузки за счет водонасыщения породного массива уступа и намыва гидросмеси на его верхнюю площадку, результатом воздействия которых является обрушение откоса, вычисляется с использованием разработанной методики, что определяет возможность управления процессом обрушения во времени.

3. Установленные зависимости изменения угла откоса уступа после обрушения от степени его обводнения позволяют рассчитать параметры вы-шшоженного откоса, что обеспечивает управление процессом обрушения в пространстве.

Обоенова нность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечиваются корректным применением классических методов механико-математическош моделирования, представительным объемом вариантов расчета по неоднократно опробованным методам с ис-

пользованием ПЭВМ, а также сходимостью результатов, полученных по разработанной методике и в лабораторном эксперименте.

Значение работы. Научное значение заключается в разработке методики расчета параметров обрушения техногенных откосов с целью их вышшаживзния при рекультивации, которая позволяет управлять процессом обрушения в пространстве и во времени на основе установленных зависимостей для расчета времени обрушения и угла выположенного откоса.

Практическое значение работы заключается в разработке технологии выполаживания откосов с использованием средств гидромеханизации, обеспечивающей выполнение основного объема работ по горнотехнической рекультивации за счет сил гравитации.

Реализация выводов ж рекомендаций работы. Рекомендации по вышмаживанию откосов путем их управляемого обрушения, основанные на исследованиях настоящей диссертационной работы и связанные с тематикой хоздоговорных НИР ТО-1-518, ТО-484, приняты к реализации АО «Лебединский ГОК» при строительстве рекреационной зоны в районе железнодорожного отвала «Бродок», а также АО «Разрез Назаровский» при рекультивации остаточных горных выработок.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на симпозиуме «Неделя горняка» (Москва, МГГУ, 1997, 1998) и конференции «Проблемы теории и практики в инженерных исследованиях» (Москва, РУдН, 1997).

Публикация. По результатам выполненных в диссертации исследований опубликовано 4 статьи, получен 1 патент.

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 58 рисунков, 17 таблиц, список литературных источников из 87 наименований.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1. Анализ объемов работ но выполаживанию откосов и нанесению на их поверхность потенциально-плодородных пород

Морфометрические параметры техногенного рельефа, объем рекуль-тивационных работ и технологи! их проведения определяются нормашв-ными требованиями к качеству восстанавливаемых территорий. Содержание этих требований устанавливается применительно к направлениям использования нарушенных земель после их рекультивации, основными из которых являются: сельскохозяйственное, лесохозяйственное, водохозяйственное, рекреационное и с анитарно-гигиеннче ское.

При горнотехнической рекультивации производится еьшолэжив ание

откосов до угла 8-20′»‘ и покрытие их поверхности слоем потенциально-плодородных пород мощностью 0,3-2,0 м (табл. 1.1) [70]. Объем этих работ применительно к конкретному направлению рекультивации зависит от следующих параметров:

— геометрической формы карьера (отвала);

— площади карьера (отвала.);

— высоты уступа (отвального яруса);

— количества уступов (отвальных ярусов);

— ширины горизонтальных площадок между соседними уступами (отвальными ярусами),

— угла откоса уступа (отвального яруса) до и после вшкшаживания.

На рис.1.1 и рис. 1.2 представлены соответственно зависимости изменения объема выполаживания откосов внешних отвалов (¥е) и объема работ по нанесению потенщально-плодородных пород на их поверхность (Уп) от площади основания отвала (30) при различных значениях высоты

Мэрфометрические параметры техногенного рельефа на карьерах

11окаэатели Направление рекультивации

Селъск» хозяйстве иное лесо хозяйственное водохозяй-ствеяное рекреационное санитарно-гигиеническое

пашни сенокосы, пасгб ища

Мощность снимаемого плодородного слоя почвы, м Определяется проектом в соответствии с рекомендациями ГИЗРа (Рекомендации но снятию шгодородного слоя почвы при производстве горных; строительных и других работ,—М.: ГИЗР, 1983)

Высота временного склада плодородного |сло а: почвы, в?» не более 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0

Мощность плодородного насыпного стоя (почвы после усадки, м, не менее 0,30-0,«! 0,20 — 0,20 0,20 —

Мощность снимаемого стоя потенциально-штодородных шрод, м Определяется проектом с учетом требований биошгичесюого этапа

Мощность шсыггаюго слоя штенциалыю- шодородкьж шрод после усадки, ж, не менее 0,5»1,0 0,3-0,8 2,0 1,0 (дня зеленых зон) 0,3 (при озеленении:)

Площадь рекультееиртемого участка, га, не меже 10,0 5,0 Не лимитируется 0,5 Не лимитируется

Уклон поверхности отвала, градус, не боже 2 б 10 — Угла устойчивого откоса

Уклон откоса отвала, градус не более — 8-12 18 — 20 (при озеленении) 20 (при озеленении)

Угол выполаживания откосов при рекультивации

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при разработке и рекультивации неглубоких карьеров, преимущественно с небольшой мощностью вскрышных пород, в том числе при добыче строительного камня.

В связи с ухудшением горнотехнических условий разработки месторождений полезных ископаемых ежегодно растет удельная землеемкость (м 2 /т) горных работ, в результате чего в настоящее время общая площадь нарушенных открытыми горными работами земель в России превышает три миллиона гектар. Вопросы восстановления нарушенных земель в настоящий период весьма актуальны и включены в приоритетное направление развития науки и технологий «Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых» [Алфавитно-предметный указатель к Международной патентной классификации по приоритетным направлениям развития науки и технологий / Ю.Г. Смирнов, Е.В. Скиданова, С.А. Краснов. — М.: ПАТЕНТ, 2008. — с. 110].

Известен способ рекультивации неглубоких карьеров (глубина 2-8 м) с отвалами вскрышных пород, размещенных на одном или двух бортах [Зубченко Г.В., Сулин Г.А. Рациональное использование водно-земельных ресурсов при разработке россыпей. — М.: Недра, 1980, с. 189-190, с. 198-199]. Рекультивация здесь сводится к переэкскавации всех или части породных отвалов в выработанное пространство и последующему выравниванию поверхности (прибортовой полосы карьера) под углом 3-6°.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, является выполаживание бортов и засыпка дна карьера.

Недостатком способа является невозможность осуществления восстановления нарушенных земель с использованием данного технического решения при небольшой мощности вскрышных пород, что не позволяет полностью сформировать растительный слой на нарушенной поверхности.

При разработке многих месторождений полезных ископаемых мощность пустых пород, перекрывающих пласт полезного ископаемого, невелика, поэтому вскрышных пород недостаточно для выполаживания бортов и засыпки выработанного пространства (в том числе месторождения строительного камня, песчано-гравийной смеси, песка, глины, россыпи). Данный способ неприемлем для карьеров с незначительным количеством вскрышных пород.

Известен способ рекультивации карьеров (варианты) согласно патенту RU №2433268, по МПК Е21С 41/32 (Тальгамер Б.Л., Коробкова Е.А., опубликовано 10.11.2011. Бюл. №31). При данном способе выполаживание бортов карьера осуществляется снизу вверх с использованием пород, взятых со дна карьера.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются раздельная выемка, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы.

Недостатком аналога является то, что при разработке месторождений строительного камня, а также при скальных подстилающих породах на многих других месторождениях (в т.ч. россыпи, песчано-гравийные смеси) процесс выемки пород со дна карьера весьма трудоемок. Кроме того, подсыпка бортов карьера снизу вверх с увеличением глубины выработки резко осложняется.

В некоторых технических решениях, например в способе рекультивации карьеров Зенькова И.В. и др. [Зеньков И.В. и др. Технологии формирования горнопромышленных ландшафтов в отработанных щебеночных карьерах с учетом экологических целей / Экология и промышленность России, 2014. — №1. — С. 42-46], предлагается формировать нерабочие борта карьера (см. рис. 7, стр. 46) при отработке карьерного поля с углами откосов оптимальными для восстановления природного ландшафта (18-22°). Однако при формировании бортов с такими углами откосов за контурами запасов (в большинстве случаев запасы ограничиваются вертикальными контурами) резко увеличатся объем выемки пустых пород и площадь нарушенных земель. При формировании таких бортов в контурах запасов значительно возрастут потери полезного ископаемого. Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются выполаживание нерабочих бортов карьера, нанесение на поверхность выположенных бортов плодородной смеси.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ рекультивации при открытой разработке месторождений (а.с. №1062392, по кл. Е21С 41/00 / В.И. Горкунов, B.C. Завалишин, К.З. Валиев, опубл. 23.12.83, Бюл. №47).

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого способа, являются раздельная выемка почвенного слоя и вскрышных пород, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, отработка карьерного поля, выполаживание поверхности бортов и дна карьера, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дна карьера и укладка почвенного слоя на вскрышные породы.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что основным недостатком последнего является дополнительное нарушение земель за пределами контура карьера при выполаживании бортов.

Кроме того, данный способ связан с повышенной опасностью работы горного оборудования на бортах карьера из-за возможности их обрушения, так как последние с целью сокращения объемов работ по заоткоске (циклу технологических операций для придания борту карьера (откосу уступа) заданного угла, обеспечивающего его длительную устойчивость) формируются в процессе отработки карьерного поля с максимальным углом наклона.

Изобретение направлено на повышение эффективности землепользования при разработке неглубоких карьеров.

Технический результат заключается в сокращении землеемкости горных работ и полном использовании всех пустых пород для рекультивации выработанного пространства.

Технический результат достигается тем, что в способе формирования и рекультивации бортов неглубоких карьеров, охарактеризованном в формуле изобретения, включающем раздельную выемку почвенного слоя и вскрышных работ, складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, отработку карьерного поля, выполаживание поверхности бортов и дна карьера, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, согласно изобретению в процессе отработки карьерного поля борта карьера формируют за контурами запасов, а породы, взятые при формировании бортов, используют для их выполаживания, при этом угол наклона бортов карьера устанавливают исходя из равенства объемов пород, необходимых для выполаживания бортов, и объема пород, взятых за контурами запасов при формировании бортов, по следующему выражению:

где α — угол наклона нерабочего борта карьера, …°;

β — угол откоса выположенного борта карьера, …°;

Кр — коэффициент разрыхления пород.

Уменьшение угла откоса бортов при разработке месторождений с 55-70° до 42-45° в соответствии с предложенным техническим решением позволяет повысить безопасность горных работ и в целом сократить общий объем земляных работ по выемке пород за контурами запасов и рекультивации бортов на 35-40%. При этом площадь нарушенных земель за контурами запасов уменьшится также на 35-40%.

Отличия от прототипа доказывают новизну заявляемого способа.

Известные способы выполаживания бортов карьеров и откосов отвалов, описанные в специальной литературе [Чемезов В.В. и др. Землепользование и рекультивация нарушенных земель при разработке месторождений золота и алмазов — Иркутск: Изд-во ОАО «Иргиредмет», 2007. — С. 107, рис. 6.13, 6.14] и изложенные в а.с. №810970, ведут к дополнительному нарушению земель за контурами карьера. При разработке месторождений строительного камня при указанном способе выполаживания по Чемезову В.В. и др. верхняя половина борта карьера будет сформирована из неразрыхленных скальных пород, что при недостатке вскрышных пород затруднит восстановление растительности на этой части борта. Кроме того, использование буровзрывных работ для выполаживания бортов (см. а.с. №810970) значительно увеличит стоимость рекультивации.

При формировании бортов карьера за контурами запасов осуществляется выемка пустых пород при заоткоске. В описанных выше способах пустая порода, взятая за контурами запасов в процессе заоткоски, не используется для выполаживания бортов и для ее складирования необходимы отдельные площади, что в большинстве случаев ведет к увеличению землеемкости горных работ.

В отличие от известных решений в предложенном техническом решении вся порода, взятая за контурами запасов при проведении заоткоски, используется для выполаживания бортов карьера.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема формирования и рекультивации борта неглубокого карьера согласно формуле изобретения,

где 1 — склад почвы;

2 — нерабочий борт карьера;

3 — ленточный отвал вскрышных пород;

4 — контур запасов;

5 — слой вскрышных пород;

Сечение АБС — площадь горных пород за контурами запасов, взятая в процессе формирования нерабочего борта (при заоткоске);

Сечение АСД — площадь горных пород, отсыпанных в процессе выполаживания нерабочего борта.

Способ, описанный в формуле изобретения, осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности снимают слой почвы и транспортируют ее на склад почвы 1, расположенный на борту карьера 2. После этого производят вскрышные работы с размещением пород во временные ленточные отвалы вскрышных пород 3 за контуром карьера на нерабочих бортах. Указанные работы могут выполняться бульдозерами или скреперами. По завершении вскрышных работ производят выемку полезного ископаемого в установленных контурах запасов 4. После выемки полезного ископаемого и завершения добычных работ производят выполаживание бортов с использованием пород, взятых при заоткоске за контурами запасов при формировании борта карьера. Объем пустых пород, взятых при заоткоске (сечение ABC), соответствует объему пород, необходимых для выполаживания бортов (сечение АСД), с учетом коэффициента их разрыхления.

Равенство объемов пород, взятых при заоткоске за контурами запасов (сечение ABC) и необходимых для выполаживания бортов карьера (сечение АСД), устанавливается с учетом обоснованного угла выполаживания β и коэффициента разрыхления пород К_р с использованием зависимости:

где α — угол наклона нерабочего борта карьера, …°;

β — угол откоса выположенного борта карьера, …°;

Кр — коэффициент разрыхления пород.

Выемка пустых пород за контурами запасов при формировании бортов карьера 2 осуществляется с использованием технологии горных работ, принятой для отработки карьерного поля, например, экскаваторами. Взятые при этом пустые породы используются для выполаживания уже сформированных ранее нерабочих бортов.

После выполаживания бортов на них и дно карьера наносится слой вскрышных пород 5 из ленточных отвалов 3. В завершение рекультивации на слой вскрышных пород 5 из склада почвы 1 наносится почвенный слой 6.

Способ формирования и рекультивации бортов неглубоких карьеров, включающий раздельную выемку почвенного слоя и вскрышных работ, складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, отработку карьерного поля, выполаживание поверхности бортов и дна карьера, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дна карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, отличающийся тем, что в процессе отработки карьерного поля борта карьера формируют за контурами запасов, а породы, взятые при формировании бортов, используют для их выполаживания, при этом угол наклона бортов карьера устанавливают исходя из равенства объемов пород, необходимых для выполаживания бортов, и объема пород, взятых за контурами запасов при формировании бортов, по следующему выражению: где α — угол наклона нерабочего борта карьера, …°;β — угол откоса выположенного борта карьера, …°;Кр — коэффициент разрыхления пород.