RU2615533C2 - Способ горнотехнической рекультивации противоэрозионных отвалов высокой экологической емкости - Google Patents

Способ горнотехнической рекультивации противоэрозионных отвалов высокой экологической емкости Download PDF

Info

Publication number
RU2615533C2
RU2615533C2 RU2015115098A RU2015115098A RU2615533C2 RU 2615533 C2 RU2615533 C2 RU 2615533C2 RU 2015115098 A RU2015115098 A RU 2015115098A RU 2015115098 A RU2015115098 A RU 2015115098A RU 2615533 C2 RU2615533 C2 RU 2615533C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soil
dumps
reclamation
antierosion
mining
Prior art date
Application number
RU2015115098A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015115098A (ru
Inventor
Александр Сергеевич Шишикин
Денис Юрьевич Ефимов
Рысбек Тобокелович Мурзакматов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (КНЦ СО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (КНЦ СО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук" (КНЦ СО РАН)
Priority to RU2015115098A priority Critical patent/RU2615533C2/ru
Publication of RU2015115098A publication Critical patent/RU2015115098A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2615533C2 publication Critical patent/RU2615533C2/ru

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01B—SOIL WORKING IN AGRICULTURE OR FORESTRY; PARTS, DETAILS, OR ACCESSORIES OF AGRICULTURAL MACHINES OR IMPLEMENTS, IN GENERAL
    • A01B79/00—Methods for working soil
    • A01B79/02—Methods for working soil combined with other agricultural processing, e.g. fertilising, planting
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C41/00—Methods of underground or surface mining; Layouts therefor
    • E21C41/32—Reclamation of surface-mined areas
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A40/00—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production
    • Y02A40/10—Adaptation technologies in agriculture, forestry, livestock or agroalimentary production in agriculture
    • Y02A40/22—Improving land use; Improving water use or availability; Controlling erosion

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Cultivation Of Plants (AREA)

Abstract

Изобретение относится к горной промышленности с открытой разработкой месторождений и образованием отвалов, требующих рекультивации. Техническим результатом является создание универсального способа горнотехнической рекультивации противоэрозионных отвалов. Способ включает отсыпку верхнего слоя отвала потенциально плодородными грунтами и формирование западинно-бугристой ячеистой структуры, обеспечивающей разнообразие механического состава почвогрунтов и режима увлажнения, определяющих успешное естественное зарастание растительностью с различными экологическими требованиями, и исключающей поверхностный сток осадков, причем количество выемок, обеспечивающих максимальный сбор поверхностного стока, рассчитывается по математической формуле.

Description

Изобретение относится к горной промышленности с открытой разработкой месторождений и образованием отвалов, требующих рекультивации для создания посттехногенных ландшафтов высокой экологической емкости.
Актуальность разработки.
Формирование продуктивных отвалов горных пород - одна из приоритетных задач промышленной экологии [1, 7]. Цель рекультивации - восстановить прежнее состояние или создать новые условия, которые позволят естественным и искусственным путем обеспечить образование разнообразных продуктивных и хозяйственно важных биоценозов. В настоящее время основное внимание уделяется селектированию насыпаемых грунтов с разделением их на плодородные, потенциально плодородные и неплодородные [6, 9]. На следующем этапе встает вопрос выравнивания, нивелирования отвалов, чтобы исключить вначале плоскостную, а затем и линейную эрозию. С учетом труднопрогнозируемой просадки насыпных грунтов выровнять отвалы, чтобы исключить поверхностный сток, практически невозможно, и требуется много затрат на горный этап рекультивации. Третья немаловажная проблема - обводнение поверхностного слоя отвалов для обеспечения роста растениям. Насыпные грунты не имеют природной скважности, водоупорных горизонтов и порозности, которые обеспечивают капиллярное снабжение влагой почвенного горизонта. Техногенные почвогрунты имеют провальное водоснабжение и могут удерживать только поверхностный сток за счет своей влагоемкости и конденсации воздушной влаги.
Известный способ RU №2359127 C2 «Способ формирования и подготовки внешних отвалов и карьерных выемок для биологической рекультивации» предполагает валовую или селективную отсыпку вскрышных пород, устройство экранирующих слоев, грубую и чистовую планировку поверхности отвалов, выполаживание или террасирование откосов, покрытие техногенной поверхности плодородным слоем, предпосевную обработку, противоэрозийную организацию территории. Основной недостаток известного способа в большом объеме горных работ (экранирование, чистовая планировка, нанесение слоя почвы, предпосевная обработка) по подготовке поверхности отвалов для биологической рекультивации.
Отличие предлагаемого способа одним технологическим приемом решить три основные экологические проблемы рекультивации горных отвалов: селектирование, выравнивание и обводнение отсыпаемых грунтов.
Предлагаемый способ разработан на основании многолетних (7 лет), комплексных (почва, растительность, животные) экологических изучений на постоянных мониторинговых участках (13), разновозрастных (1, 10, 17, 22, 28-летних) и созданных разными технологиями (нерекультивированные, без и с нанесением плодородного слоя почвы) отвалов Бородинского угольного разреза [2-5, 8, 10]. Полученные результаты позволяют предложить экологическую технологию формирования отвалов горных пород с высоким разнообразием местообитаний, продуктивностью и одновременно устойчивых к воздействию эрозии. Снижение затрат обосновано сокращением требуемых в действующих нормативах этапов рекультивации: чистовой планировки; нанесения плодородного слоя почвы и его выравнивание; посев и полив многолетних трав.
Описание способа.
Основной принцип предлагаемого способа - создание мозаичной бугорчато-западинной структуры поверхности отвалов, обеспечивающей разнообразие условий произрастания. После грубого выравнивания верхнего потенциально плодородного слоя грунта отвалов вместо их дальнейшей чистовой планировки бульдозером проводится формирование ячеистой площадной или линейно-штриховой структуры на склонах западинных элементов микрорельефа. Объем и количество выемок должны обеспечивать сбор всего максимального весеннего и летнего поверхностных стоков. Расчет емкости западин проводится по данным ближайшей метеостанции за последние 10 лет: режим выпадения жидких осадков в теплый период года (суточные данные по сумме осадков, их интенсивность по продолжительности дождей); сумма твердых осадков (запасы воды в снеге); интенсивность снеготаяния по сумме положительных температур за период схода снега.
Figure 00000001
, где
N - количество выемок, шт./га;
Qsn - максимальный объем талых вод (sn) и максимальный объем ливневых осадков (rn), м3/га в сутки;
Wsl - влагоемкость почвогрунтов, м3/га;
Vn - объем одной выемки, м3.
Пример.
При максимальном объеме талых вод и возможного поверхностного стока 200 м3/га, ливневых осадков - 300 м3/га, влагоемкости почвогрунтов 40%, в 50 см горизонте удержится 200 м3/га, и размере одной выемки 4 м3 получаем:
Figure 00000002
На одну выемку приходится 133 м2 отвала при размещении по квадратной схеме 12×12 м.
Непосредственно на отвалах проводится корректировка запасов снега путем традиционных приемов снегосъемки (высота снежного покрова и его плотность) с учетом орографических условий и метелевого переноса.
В ячеистых структурах в первые 2-3 года в результате интенсивной, локальной, поверхностной эрозий происходит естественная селекция горных пород, оставляя на выпуклых поверхностях более легкий, каменистый грунт, а в днищах западин - глинистый. В результате разности механического состава грунтов и режима увлажнения формируется эдафическое разнообразие. Перехват атмосферных осадков на отвалах и их перевод в грунтовый сток ускоряет процесс организации водоносных и водоупорных горизонтов.
Технические и проектные условия реализации разработки.
Размер и форма улавливающих воду западин зависит от технологии и технических средств, используемых на первом этапе выравнивания отвалов после их отсыпки. Отсыпка железнодорожным транспортом и выравнивание бульдозером требует последующей планировки отвала для размещения западин и их выкапывание бульдозером. Экскаваторная отсыпка сразу создает бугорчато-западинную поверхность, уклон и протяженность откосов которой необходимо привести в состояние, исключающее длительную и интенсивную поверхностную эрозию. В этом варианте стоит обратная задача сглаживания отсыпанных конусов с сохранением понижений, не требующая предварительного пикетирования технологических западин для перехвата и накопления воды, а также метеообоснования и физической характеристики грунтов.
Влагоемкость грунтов определяется по справочной литературе в зависимости от гранулометрического состава (песок, супесь, суглинок и пр.) с обязательным уточнением в эксперименте. Для этого с поверхности отвала берется монолит (куб) грунта (лучше в сетчатом каркасе) не менее 20×20×20 см, высушивается до воздушно-сухого состояния и взвешивается. Затем монолит опускается в воду, вытаскивается и после прекращения с него стока воды - взвешивается. Разница последнего взвешивания и первого дают объем капиллярной воды, который способен удерживать грунт. Учитывая достаточно высокую мозаику физических свойств отсыпаемых грунтов, первоначально такие замеры необходимо выполнить по одному на гектар. При невысокой изменчивости полученных показателей количество замеров следует сократить.
Область применения.
Горные отвалы различного происхождения (дражные и гидромеханические полигоны по добычи золота, отвалы горных карьеров, откосы строительных сооружений и пр.), срока давности и географического расположения, рекультивируемые под лесозаращивание и рекреационное использование.
Результаты улучшений: текущие и ожидаемые. На этапе горной рекультивации основным индикатором улучшения служит сокращение затрат на планировку отвала и селективную отсыпку почвогрунтов. В каждом конкретном случае экономическая эффективность рассчитывается по технологическим картам рабочего проекта рекультивации аналогового и предлагаемого способа. На первой стадии просадки и стабилизации грунтов индикатором служит общая площадь плоскостной эрозии отвала и размер отдельных участков смывания грунта. На второй стадии естественного зарастания сравнение проводится по проективному покрытию растительности, видовому разнообразию и фитомассе, а также микробиологическим показателям почвы, видовому разнообразию и плотности населения животных.
Предлагаемая схема размещения выемок способствует естественному зарастанию травянистой растительностью, лесовозобновлению и одновременно не препятствует традиционному проведению механической посадки лесных культур.
Ожидается, что в течение 10-15 лет перепады высот бульдозерных выемок 1-2 м морфологически значительно сгладятся, но разность почвогрунтов по гранулометрическому составу и влагоемкости будет сохраняться долгое время, обеспечивая разнообразие почвенных условий, растительности и животного населения. Экскаваторная мелкобугристая отсыпка должна сохранять мозаичный мезорельеф длительное время.
Экономическая эффективность определяется конкретно для каждого предприятия, при этом она оценивается по исключению определенных технологических приемов, которые требуются по действующим нормативам. На этапе горной рекультивации исключается чистовая планировка отвалов и нанесение плодородного слоя почвы с его выравниванием. На биологическом этапе возможность отказа от посева травянистых растений и создания лесных культур. По экспертной оценке применение разработанного способа на 30% удешевляет проведение рекультивационных работ. Технологическая новизна и положительный экологический эффект при меньших затратах соответствует требованиям к инновационным разработкам.
Апробация способа и оценка экологических последствий проведена при рекультивации полигонов после добычи золота в Красноярском крае и на Бородинском угольном разрезе «СУЭК-Красноярск».
Литература
1. Андроханов В.А., Овсянникова С.В., Курачев В.М. Техноземы: свойства, режимы функционирование. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 2000. 200 с.
2. Богородская А.В., Шишикин А.С. Экспериментальная микробиологическая рекультивация отвалов Бородинского угольного разреза. Вестник КрасГАУ. 2012. №5. С. 224-228.
3. Богородская А.В., Трефилова О.В., Шишикин А.С. Процессы первичного почвообразования в техногенных экосистемах на отвалах Бородинского буроугольного месторождения (восточная часть КАТЭК) // Вестник Томского гос. ун-та. 2014. №382. С. 214-220.
4. Гродницкая И.Д., Трефилова О.В., Шишикин А.С. Агрохимические и микробиологические свойства техногенных почв отвалов (Канско-Рыбинская котловина) // Почвоведение. 2010. №7. С. 867-878.
5. Ефимов Д.Ю., Шишикин А.С. Растительный покров рекультивированных отвалов угольных разрезов Канской лесостепи // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2014. Т. 16, №5 С. 190-195.
6. Зеньков И.В. Горнотехническая рекультивация земель на разрезах Канско-Ачинского угольного бассейна. Изд-во: Сибирский федеральный ун-т. - Красноярск, 2011. 439 с.
7. Манаков Ю.А. Экологические особенности восстановления растительного покрова в техногенных ландшафтах Кузбасса // Диссертационная работа на соискание ученой степени доктора биологических наук. 2012, 372 с.
8. Трефилова О.В. Гродницкая И.Д., Ефимов Д.Ю. Динамика эколого-функциональных параметров реплантоземов на отвалах угольных разрезов Центральной Сибири // Почвоведение. 2014. №1. С. 109-119.
9. Шорохов В.П. Стратегические аспекты решения проблем рекультивации нарушенных земель на угольных разрезах ОАО «СУЭК-Красноярск» // М.: Уголь, 2013, С. 70-72.
10. Итоговый отчет по НИР: «Проведение мониторинга почвенного покрова, растительности и животного населения в районе отработки Бородинского буроугольного месторождения». Институт леса им. В.Н. Сукачева. Красноярск. 2011. 90 с.

Claims (6)

  1. Способ горнотехнической рекультивации противоэрозионных отвалов, включающий отсыпку верхнего слоя отвала потенциально плодородными грунтами и формирование западинно-бугристой ячеистой структуры, обеспечивающей разнообразие механического состава почвогрунтов и режима увлажнения, определяющих успешное естественное зарастание растительностью с различными экологическими требованиями, и исключающей поверхностный сток осадков, отличающийся тем, что формирует западинно-бугристую ячеистую структуру, причем количество выемок, обеспечивающих максимальный сбор поверхностного стока, рассчитывается по формуле:
  2. Figure 00000003
    , где
  3. N - количество выемок, шт./га;
  4. Qsn - максимальный объем талых вод (sn) и максимальный объем ливневых осадков (rn), м3/га в сутки;
  5. Wsl - влагоемкость почвогрунтов, м3/га;
  6. Vn - объем одной выемки, м3.
RU2015115098A 2015-04-21 2015-04-21 Способ горнотехнической рекультивации противоэрозионных отвалов высокой экологической емкости RU2615533C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015115098A RU2615533C2 (ru) 2015-04-21 2015-04-21 Способ горнотехнической рекультивации противоэрозионных отвалов высокой экологической емкости

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015115098A RU2615533C2 (ru) 2015-04-21 2015-04-21 Способ горнотехнической рекультивации противоэрозионных отвалов высокой экологической емкости

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015115098A RU2015115098A (ru) 2016-11-10
RU2615533C2 true RU2615533C2 (ru) 2017-04-05

Family

ID=57267768

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015115098A RU2615533C2 (ru) 2015-04-21 2015-04-21 Способ горнотехнической рекультивации противоэрозионных отвалов высокой экологической емкости

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2615533C2 (ru)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110800414B (zh) * 2019-12-04 2022-08-16 中国科学院新疆生态与地理研究所 一种采金受损区西伯利亚落叶松自然恢复的地形整治方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1664142A1 (ru) * 1989-02-22 1991-07-23 Уральский лесотехнический институт им.Ленинского комсомола Способ рекультивации отвалов скальных пород
DE10309151A1 (de) * 2003-02-28 2004-09-09 Bul - Bergbausanierung Und Landschaftsgestaltung Brandenburg Gmbh Deckwerk zur anorganen und biogenen Alkalisierung von Wässern
RU2359127C2 (ru) * 2007-03-09 2009-06-20 ГНУ Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии СО Россельхозакадемии Способ формирования и подготовки внешних отвалов и карьерных выемок для биологической рекультивации
RU2388912C2 (ru) * 2008-07-28 2010-05-10 ГНУ Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии СО РАСХН Способ формирования отвалов для технической рекультивации при открытой разработке карьеров

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1664142A1 (ru) * 1989-02-22 1991-07-23 Уральский лесотехнический институт им.Ленинского комсомола Способ рекультивации отвалов скальных пород
DE10309151A1 (de) * 2003-02-28 2004-09-09 Bul - Bergbausanierung Und Landschaftsgestaltung Brandenburg Gmbh Deckwerk zur anorganen und biogenen Alkalisierung von Wässern
RU2359127C2 (ru) * 2007-03-09 2009-06-20 ГНУ Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии СО Россельхозакадемии Способ формирования и подготовки внешних отвалов и карьерных выемок для биологической рекультивации
RU2388912C2 (ru) * 2008-07-28 2010-05-10 ГНУ Научно-исследовательский институт аграрных проблем Хакасии СО РАСХН Способ формирования отвалов для технической рекультивации при открытой разработке карьеров

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015115098A (ru) 2016-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
HAYNES JR Quaternary geology of the Tule springs area, Clark County, Nevada
Londoño et al. A change in landscape: Lessons learned from abandonment of ancient Wari agricultural terraces in Southern Peru
Lajczak et al. Contemporary geomorphic processes in the Polish Carpathians under changing human impact
Osterkamp et al. Great plains
Klimek et al. Response of small mid-mountain rivers to human impact with particular reference to the last 200 years; Eastern Sudetes, Central Europe
Yacoub et al. Geomorphology of the low folded zone
Czaja et al. Ecohydrological Monitoring in Assessing the Mining Impact on Riverside Ecosystems.
Hiiemaa et al. Geological settings of the protected Selisoo mire (northeastern Estonia) threatened by oil shale mining
Hazarika et al. Geoarchaeological Explorations in Tripura (2018–2019): A Report
Youngson Diagenetic silcrete and formation of silcrete ventifacts and aeolian gold placers in Central Otago, New Zealand
RU2717250C1 (ru) Грунт техногенный и способ его получения
Tsermegas Anthropogenic transformation of the relief of the Aegean Islands
Goździk et al. Polygenetic lowland relief around the city of Łódź—glacial inheritance and periglacial transformation
Ma'ala Geomorphology of Al-Jazira Area
Hawes Hydrology of passive and active restoration in abandoned vacuum extracted peatlands, Southeast Manitoba, The
Pełka-Gościniak Environmental aspects of relief transformation (Silesian Upland, southern Poland)
Rodzik et al. Geological and geomorphologic conditions and traces of prehistoric and historic human settlements in the vicinity of Ulów (Roztocze region, southeastern Poland)
Madhu et al. Analysis of geological factors for successful dolomite mining exploration at Venkatampalli Village, Narpala Mandal, Anantapur District, Andhra Pradesh
Benkert et al. Faro landscape hazards: geoscience mapping for climate change adaptation planning
SU1450769A1 (ru) Способ рекультивации нарушенных, малопродуктивных и непригодных земель
Broniewicz Restoration of landscapes degraded by opencast mining in the area of northern Podlasie
Dutta et al. Role of nalas in development of landforms and land use pattern with special reference to the Stakmo village, Leh valley
IONITA et al. Pedological and geotehnical analysis of landslides area at Cornu, Prahova County
Riyadi et al. Surface Water and Mine Drainage System Management for Open Pit Gold Mine in Central Java, Indonesia.
Alaily Ecosystems of extremes: climate, soils, and sustainable land use in the Central-Eastern Sahara