Всесоганый ваучно-всследовательскый а просжтно-ковсйруктороквД внстжтут охраны окружает ей прародной среды в угохьвой проммиеввося (ВНИИОСугожь)

танологачвеш схемы рекультивации

ТЕРРИКОНЙНОВ И ПЛОСКИХ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ 11 XT И ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

(Пояснатедьва* запаска а ехшы)

Пермь - 1901

Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт охраны окружающей природной среды в угольной промышленности (ВЯКИОСуголь)

технологические СХЕМЫ рекультивации твррикоников И ПЛОСКИХ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ ВАХТ И ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФАБРИК

(Пояснительная записки ■ схемы)

Пермь - 19®

HO-

2.1.2.    Если высота рекультивируемого отдала лимитируется условиями, предупреждающими самовозгорание, то отвалы должны быть понижены в соответствии с этими требованиями [ 8 ]

2.1.3.    При рекультивации снятие вершины отЕала должно производиться, по возможности, в одном направлении. Перемещаемые породы при этом должны перекрывать как можно меньшую площадь стабилизировавшейся поверхности отвала.

2.1.4.    В случае если на вершине переформированного отвала предполагается устройство смотровой площадки

и т.д.,при низкой фчльтрационной способности пород терри-коняка. следует предусматривать устройство оградительного вала высотой 0,7-1,5 м и водоотводящих канаЕ на полутран-шее и террдсах во избежание размыва откосов атмосферными осадками и сноса пород на террасы.

2.1.5.    Откосы отвалов могут быть выположены. В зависимости от последующего использования отвала угол откоса может быть различным. Однако на отвалах угольных шахт и обогатительных фабрик при совместной отсыпке шахтных пород и хвостов угол межтеррасных откосов - более 30-32° и, соответственно, 25-28° - не желателен [9] .

2.1.6.    На выположенных откосах пониженных отвалов,

с крутизной склонов более 12°, в целях задержания и поглощения атмосферных осадков, прекращения или значительного ослабления эрозионных процессов, можно нарезать террасы. При террасировании отвалов, сложенных тяжелыми по механическому составу породами, террасам следует придавать обратный уклон полотна 2-3° или нарезать их горизонтальными, но с устройством предохранительного вала ив породы высотой не менее 0,7 м. При наличии легких по механическому составу пород, где обеспечивается поглощение осадка, обратный уклон полотну террас устраивать не обязательно.

2.1.7.    Ширима террас должна обеспечивать механизированную посадку и уход за насаждениями и должна составлять не менее 6,5-м. Следует учитывать при этом, что чем шире террасы, тем больше нарушается поверхность склона, усалм-~ч-

ваются процессы ветровой и волной эр08ии, ухудшаются уоло-вия местопроизрастания на склонах и значительно возрастает стоимость работ jio] .

2.1.0.    Расстояние между террасами, с целью обеспечения устойчивости склонов от оползней, определяется длиной насыпного откоса и участка нетронутой насыпи.

Вертикальная высота террас не должна превышать 10-15 м [II] .

2.1.9.    На террасах отвалов, сложенных токсичными породами,и у их основания при необходимости устраиваются канавы для сбора воды и направления её в пруды-отстойники, которые могут быть использованы в дальнейшем для рекреационных целей.

2.1.10.    При рекультивации плоских отвалов и гидроотвалов профиль спланированной поверхности должен быть с односторонним или двухсторонним уклоном, но не более 6° или в виде платообразной поверхности.

2.1.11.    При террасировании отвалов следует предусматривать устройство въездных полутраншей от подножья до террасы и с террасы на спланированную вершину ( 10 ] .

2.1.12.    Технический этап рекультивации должен заканчиваться за год до начала биологического этапа.

2.2. Требования сельскохозяйственного направления рекультивации

Восстановление нарушенных промышленностью территорий под сельскохозяйственные угодья проводится в районах с плодородными почвами, благоприятными климатическими условиями, а также в густонаселенных промышленных районах, где ощущается недостаток сельскохозяйственных земель.

Сельскохозяйственное направление рекультивации выдвигает дополнительные требования к техническому этапу, которые сводятся к следующему.

3.2.1.    Наиболее удобными для сельскохозяйственной рекультивации считать плоские, выположенные и плоские террасированные отвалы. Террасированные и выполокенные

-IV

отвалы рекомендуется использовать под сады, плоские - под пашню и пастбища.

2.2.2.    Профиль спланированной поверхности для сельскохозяйственного использования должен иметь ровную площадку с уклоном не более 6°, е том числе:

для полеводства    2-3°

под кормовые угодья    4-в°

2.2.3.    Откссы отвалов при необходимости могут быть выположекы и использованы под сады к кормовые угодья. Причём. на склонах с крутизной и 10-12° возможны посадки садов без террасирования с размещением рядов по горизонтали местности, контуру склона; склоны крутизной 12-25° и более необходимо террасировать.

2.2.4.    Мощность наносимого па отвал гумусового слоя должна.составлять нс менее 20-30 см.

2.2.5.    Не допускается нанесение гумусового слоя на отвалы, сложенные токсичными породами без проведения коренной мелиорации (глиноЕание, пескование, известкование, внесение золы и т.д.), а танке нанесения экрана из нетоксичных пород.

2.3. Требования рекреационного и санитарно-гигиенического направлений рекультивации

Рекреационное направление рекультивации предусматривает улучшение ландшафтной архитектуры городов, создание благоприятных оздоровительных условий (парков, скверов, водоемов и т.д.). Рекомендуется проводить на отвалах вблизи городов и промышленных предприятий.

Санитарно-гигиеническое направление рекультивации предусматривает озеленение шахтных отвалов различными способами с целью сокращения вредного влияния их на окружающую природную среду [ю] .

Ввиду того, что перед обоими направлениями рекультивации поставлена одна задача - озеленение отвалов, требования биологического этапа к техническому перекликаются и рассматриваются совместно.

-IV

2.3.1.    Для рекультивации в рекреационном направлении могут быть использованы отвалы конической и конусовидной формы со срезанной вершиной, плоские выположенные, террасированные и нетеррасированные в зависимости от конкретных зональных условий и принятого архитектурно-ландшафтного решения.

2.3.2.    Направление сдвижения пород с целью переформирования конических террикоников в плоские отвалы следует выбирать с таким расчетом, чтобы как можно меньшая площадь боковых склонов оказывалась в экстремальных условиях. Для Донбасса, например, влиянию таких экстремальных условий подвержены экспозиции южной и северной сторон.

Для этих районов рекомендуется отвал "вытягивать" в меридиональном направлении.

2.3.3.    Отвалы высотой до 30 м, расположенные в городах и рабочих поселках, рекомендуется террасировать сверху вниз через 2-2,3 м микротеррасерами шириной до 0,5 м.

2.3Л. На высоких террикониках и хребтовых отвалах (высота свыше 30 м) в городах и рабочих поселках следует наоеэать террасы.

2.3.5.    Углы откосов отвалов должны быть выположены согласно пп.2.1.5. и 2.1.6.

2.3.6.    Для въезда на отвал следует прокладывать спиральную въездную полутраншею согласно п.2.1.II.

2.3.7.    На внутренней стороне террасы следует предусмотреть устройство траншеи шириной и глубиной I м под посадку крупномерных саженцев, на внешней стороне - размером 0,5x0,5 м для посадки кустарников. На спланированной вершине отвала по ее периметру проводить траншею размером 1,0x1,0 м под посадку крупномерных саженцев.

2.3.8.    На отвалах, сложенных токсичными породами, для предотвращения капиллярного поднятия солей при необходимости предусматривать закладку в траншеи гравия или щебенки слоем не менее 30 см [i£].

-м-

2.3.9.    Для заполнения посадочных мест, траншей, покрытия спланированной вершины и откосов отвалов предусматривать завоз плодородного слоя.

2.3.10.    Все работы по облесению склонов отвалов должны проводиться с наименьшим нарушением стабилизировавшейся поверхности склонов и выветрившегося, в той или иной степени, верхнего слоя (мелкозема) Гю] .

2.3.11.    Нанесение плодородного почвенного слоя, со

гласно классификации Донецкого ботанического сада, считается нецелесообразным на отвалы с породой, находящейся в стадия вымывания и массового поселения растений (реакция водной вытяжки pH выше 4,0,количество воднораство-римых солей нике 1% и содержание горючих угля и серы ме-нее 1552    [13] ).

2.3.12.    На отвалах с породой, находящейся в стадии окисления - пассивная фаза (реакция родной вытяжки pH 3,5-4,0, количество воднорастворимых солей 1,0-1,5# и содержание горючих серы и угля - менее 15/0, плодородный слой для лучшей приживаемости растений следует вносить в посадочные ямы [13] .

2.3.13.    На отвалах с неперегоревшей породой, находящейся в стадии окисления - активная «раза (реакция водной вытяжки pH 3,5-4,0,количество воднорастворимых солей выше 1,5/С, содержание горючих угля и серы выше 15/0, необходимо покрытие поверхности слоем потенциально-плодородных пород. Минимальная мощность наносимого слоя на горизонтальную поверхность отвала 20 см, на межтеррасные откосы не менее 10 ом [ 13] .

3. «:ЬТ0Д(ИШ1ЧЕСКНЙ ПОДХОД К ВЫБОРУ И РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ

Технологические схемы технической рекультивации обеопечивают выполнение работ по рекультивации на первом её этапе эффективными способами и средствами с учётом

последующего целенапревленного использования рекультивируемого отвала.

Кроме того, технологические схемы технической рекультивации породных отвалов шахт и обогатительных фабрик должны обеспечить безопасность проведения работ.

Из практики известно, что эффективность работ по рекультивации зависит от степени совмещения последних с основным технологическим процессом производства, обуславливающим возникновение техногенного ландшафта. В зависимости от степени совмещения технологии основного производства с работами по рекультивации технологические схемы технической рекультивации могут быть полностью совмещенными, частично совмещенными (комбинированными) или раздельными. Поскольку технология рекультивации терриконяков осуществляется вне связи с технологией подземной добычи угля, технологические схемы их рекультивации следует отнести к классу раздельных.

Рекультивация действующих плоских отвалов шахт и обогатительных фабрик, в том числе групповых, может осуществляться по совмещенным и комбинированным схемам, но это требует разработки специальных схем отвалсгобразования.

Многообразие способов отвалообразования приводит к тому, что отвалы могут иметь различную форму и параметры, что обуславливает индивидуальный подход к проектированию рекультивация конкретного объекта. Технологические схемы позволяют использовать некоторые типовые инженерные решения, определить средства механизации рекультивационных работ, а также произвести расчёт объёмов и основных тех-кико-экономячеоких показателей при разработке проекта рекультивация по конкретному объекту.

При составлении проекта рекультивации отвалов шахт я обогатительных фабрик следует руководствоваться "Методическими указаниями по рекультивации нарушенных земель"

Рекультивации отвала предшествует его всеетороняее обследование, включающее определение его места и ром в ландшафтной системе района, параметров я степени вредного влияния на окружающую среду, агро-фязяко-хямическях

-г-

Настоящав "Технологические схемы рекультивации террикоников и плоских породных отвалов шахт и обогатительных фабрик" разработаны в качестве методических рекомендаций и предназначены для организаций и предприятий Министерства угольной промышленности СССР, осуществляющих проектирование и проведение ре культивационных работ Дри разработке угольных и сланцевых месторождений подземным способом. Их использование позволит ускорить проектирование.

В разработке технологических схем принимая»-участие сотрудники Всесоюзного научно-исследовательского ■ проектно-конструкторского института охраны окружающей природной среды в угольной прошшленности (ВНИИОСуголь) В.М.Игошин, В.Т.Топчий, Е.П.Захарченко, Е.М.Красильников, А.Н.Кук-лин. Больщую поыощьв подготовке окончательной редакции схем оказал главный горняк Управления охраны природы Минуглепрома СССР А.Н.Васильев.

ВВЕДЕНИЕ

Интенсификация промышленного производства на современном этапе научно-технической революции остро поставила перед человечеством проблему охраны окружающей природной среды. В связи с втим в материалах ХХУ а ХХУ1 съездов КПСС в числе основных задач развития народного хозяйства страны поставлены задачи уменьшения вредного влияния воздействия отходов промышленного производства и горнодобывающей промышленности на окружающую среду и повышения темпов работ по рекультивации земель.

Известно, что при добыче угля подземным способом ежегодно выдается на дневную поверхность, а также отделяется от угля при обогащении свыше 160 млн.т породы. Порода отсыпается в различные по форме и размерам отвалы, количество которых по данным Минуглепрома СССР на 01.01.79 составляет 2090, в том числе 732 горящих. Площадь, занимаемая отвалами, составляет 10,8 тыс.га.

Горящие породные отвалы выделяют в окружающую среду большое количество вредных газов. При выгорании горючих веществ нарушается устойчивость откосов отвалов, происходят выбросы разогретой породы на расстояние до 200 м и более. В связи с этим, вокруг отвалов создаются защитные зоны, размеры которых иногда превышают площадь самих отвалов.

Уменьшение отрицательного воздействия отвалов на окружающую природную среду или его полное прекращение можно осуществить несколькими путями: тушением, озеленением отвалов, консервацией, разборкой и вывозкой.

В настоящее время уменьшение отрицательного воздействия отвалов на окружающую природную среду достигается, в основном, путем тушения горящих отвалов. Наиболее ощутимых результатов в этой области добились производственные объединения "Караганда-уголь", "Воркутауголь", "Укрзападуголь", *Интауголь".

Большая работа по профилактике самовозгорания, тушению я переформированию отвалов ведется в настоящее время Минугле-промом УССР. Доотаточно сказать, что из 52 потушенных отвалов в 1979 г. в отрасли 42 потушено на Украине.

Озеленение потушенных отвалов является завершающим этапом их рекультивации, однако мероприятия по озеленению проводятся ещё далеко не повсеместно и в незначительных масштабах. Причиной этого являетоя отсутствие научно-обоснованных рекомендаций по проведению рекультивационных работ, особенно в части технического этапа. Что каоается биологического этапа

A'

рекультивация, то здесь уже имеются разработанные и проверенные рекомендации Донецкого ботанического сада, Украинской сельскохозяйственной академии МСХ я других организаций. Указанные рекомендации разработаны для условий Украинского Донбасса и Львовско-Волынского бассейна,которые не всегда можно распространить на другие угледобывающие районы страны ввиду особенностей климатических условий, механического и литологического состава пород отвалов к других факторов.

Предлагаемые технологические схемы технической рекультивация разработаны для недействующих отвалов шахт я обогатительных фабрик отрасли.

Горящие отвалы подлежат предварительно тушению согласно "Инструкции по предупреждению самовозгорания, тушению и разборке породных отвалов" КакНИИ [i] с последующим проведением рекультивационных работ. Кроме того, схемы предусматривают рекультивацию отвалов высотой до 80-100 м, поскольку отвалов большей высоты в отрасли насчитывается не более 2,0%, а преобладающими высотами являются 30-50 м.

Исходным материалом для разработки технологических схем послужил опыт технической рекультивации отвалов шахт и обогатительных фабрик в СССР и за рубежом.

Технологические схемы технической рекультивации являются типовыми техническими решениями, поэтому работы по понижению, внполаживаняю склонов, террасированию иля разборке конкретных отвалов должны вестись по проектам, разработанным на основании предлагаемых схем.

-5-

I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРОДНЫХ ОТВАЛОВ ШАХТ И ОБОГАТИТЕЛЬНЫХ ФА&ИК В ОТРАСЛИ

В результате добычи угля подземным способом на дневную поверхность наряду с углем выдается и порода от проведения подпотовительных в очистных работ, от очистки и восстановления горных выработок. Количество выдаваемой породы зависит от многих факторов: системы разработки, горно-геологических условий, способа выемки угля и т.д. По данным ЦНИЭИугля за 1978 г. на каждые добытые 1000 т угля приходится 215 т породы. Выданная порода складируется в различного вида отвалы: конические, хребтовые, плоские, комбинированные.

Одновременно в эти же или самостоятельные отвалы складируются и отходы углеобогащения обогатительных фабрик.

Выход породы на обогатительных фабриках составляет примерно 2Off, от объёма перерабатываемого угля. Таким образом, ежегодно па поверхность выдается и складируется свыше 160 млн.т пуотых пород. Всего же по ориентировочной оценке в отвалах содержится их овыше 2,5 млрд.т [2] .

На 01.01.79 по Минуглепрому СССР насчитывалось 2090 отвалов.

Наибольшее количество отвалов (в т.ч. горящих) насчитывается в производственных объединениях "Донбассантрацит", "Донецкуголь", "Артёмуголь", "Торезантрацит" и "Ростов-уголь", т.е. в районах с наиболее интенсивной добычей угля, наибольшим количеством шахт, сроком их эксплуатации и высокой плотностью населения.

Всего по Минуглепрому УССР насчитывается 1188 отвалов, из них 523 горят.

Число плоских породных отвалов в отрасли составляет 524 или 25%, в том числе по Минуглепрому УССР - 213 или I0J6 от всего количества. Горящие плоские отвалы составляют соответственно 23,1 и 34,7% от чяола плооких отвалов.

По ооставу отвальные породы представлены, в основном, глинистыми, пеочанястымж, углистыми сланцами, различными песчаниками и сростками породы с углем в колчеданом. Указанные породы достигают крупности 200-300 мм и довольно широко разнятся по механическим свойствам от рыхлых до скальных.

-I-

Содержание угля в выдаваемых породах колеблется в довольно ишроких пределах: от 3-9# в Карагандинском бассейне, до I6-3(# в Кузбассе.

Содержание угля в шламе обогатительных фабрик - до

8*.

Влажность пород - 5 * 8%, отходов углеобогащения -от II до 15? [ 2 ] .

Отвалы конической формы, а их большинство (5756), достигают иногда высоты 80-100 и более метров, и каждый из них занимает площадь от 2,5 до 10 га, погребая под собой ценные сельскохозяйственные земли [з] . Кроме того, стекающие с отвэлое воды, преимущественно токсичные, уничтожают растительность на прилегающей территории.

Организация плоских автомобильных отвалов облегчает проведение профилактических мероприятий против самовозгорания и горения. Однако такие мероприятия проводятся далеко не повсеместно или проводятся с нарушением требований, о чём свидетельствуют 74 горящих плоских отвала из 524 по Минуглепрому СССР, т.е. 14% от общего количества плоских отвалов по данным на 01.01.79.

Организация групповых и центральных плоских отвалов, для охраны окружающей природной среды была бы более эффективна, если бы одновременно с формированием отвалов проводилась их рекультивация, как это делается, например, в ФНГ [5] .

Для недействующих породных отвалов наиболее эффективным способом снижения или полной ликвидация отрицательного влияния на окружающую природную среду является их рекультивация, которая обеспечивает:

-    снижение выбросов в атмосферу пыли и других вредных компонентов;

-    создание целенаправленных антропогенных ландшафтов;

-    предотвращение сноса мелкозема с поверхности отвалов;

-    обогащение атмосферного воздуха кислородом;

-    изменение водного режима и качества грунтовых вод, прилегающих территорий в сторону их улучшения;

-    улучшение микроклимата района и т.п.

-1-

В целях реализации мероприятий по рекультивации породных отвалов научно-исследовательскими, проектными институтами я другими организациями ведутся работы в следую-цях направлениях:

-    изучаются физико-механические, агрохимические свойства пород отезлов, скорость их перегорания, степень метаморфизма и условия произрастания растений с учётом уже имеющегося опыта озеленения;

-    разрабатываются способы и методы озеленения, определяется видовой состав древесной и кустарниковой растительности, а также агротехника выращивания и ухода за посадками ;

-    разрабатываются способы и средства разборки отвалов, понижения и террасирования откосов;

-    разрабатываются методы утилизации и использования пород отвалов в народном хозяйстве и т.п.

В указанных направлениях ведут работы институты: ВК.ИОСуголь, почвенный институт им.В.В.Докучаева, Уральский государственный университет, Донецкий научно-исследовательский угольный институт, Днепропетровский государственный университет, Украинский НИИ почвоведения и агрохимии, Донецкий ботанический сад. Украинская сельскохозяйственная академия ДО и другие.

Практическим воплощением в жизнь разработок институтов по рекультивации отвалов в отрасли занимаются специализированные управления, созданные при производственных объединениях Минуглепрома СССР.

С целью предотвращения загрязнения воздушного бассейна на предприятиях отрасли осуществляется тушение отвалов с переформированием,разборка с полной или частичной вывозкой породы и использованием её затем для различных нужд, профилактика самовозгорания и складирование породы в плоские отвалы. Зсего в отрасли за 1978 г. работы по тушению велись более чем на 120 отвалах, разборка и вывозка породы за пределы отвалов велась более чем на 40 отвалах; полностью разобрано 20 отвалов.

Работы по озеленению породы велись на 85 отвалах, в том числе на 31 отвале по Минуглепрому УССР. Фактически

озеленено 64,3 га боковой поверхности отвалов (отвалы шахт производственных объединений "Донецкуголь", "Стаха-новуголь", "Свердловскантрацит", "Укрзападуголь", "Артём-уголь", "{Нахтёрскантрацит" и др.) Затраты на озеленение I га боковой поверхности составили 5530 руб.удельные затраты на I т добытого угля - 3,0 коп.

Работы по техническому этапу рекультивации ведутся по проектам, разрабатываемым, как правило, самими управлениями или участками по рекультивации без достаточно обоснованных и проверенных проектных решений. Последние -наиболее эффективны, если подкреплены научными разработками. В основу проектирования должны быть положены типовые решения и научно-обоснованные методики расчётов. Первым шагом в этом направлении является разработка технологических схем рекультивации шахтных отвалов, включающих методики расчёта объёмов и производительности оборудования, выбор направления рекультивации и технологических схем применительно к конкретным условиям.

2. ТРЕБОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ЭТАПА К ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ

Рекультивация отвалов шахт и обогатительных фабрик предусматривает последующее использование восстановленных территорий в народном хозяйстве, которое определяется направлением рекультивации согласно ГОСТу 17.1.07.78 "Рекультивация земель. Термины и определения". Каждое из 7 направлений рекультивации, определенных ГОСТом, выдвигает свои требования в части размеров и форм рекультивируемых участков, мелиорации, планировки поверхности, физико-механических и агрохимических характеристик пород на рекультивируемой поверхности отвалов и т.п.

Эти требования должны быть обеспечены как природными условиями, так и техническими способами и средствами.

Рекультивации отьала предшествует его всестороннее обследование, включающее определение его места в ландшафтной системе района, установление параметров и степени

-V

вредного влияния отвала на окружающую сроду, физико-хими-ческих и агрохимических свойств пород, слагающих отвал и т.д.

11а основании обследовании в каждом конкретном случае устанавливается необходимость проведения рекулътивацион-ных работ: определяется направление рекультивации нарушенных земель, технология работ, объёмы; подбираются способы и средства механизации, устанавливается эффективность проводимых мероприятий.

В этой связи требования биологического этапа к техническому приобретают первостепенное значение.

Институтом Шй;ПОСуголь совм :стно с институтами-соис-полнятелями (Донецким ботаническим садом, Украинской сельскохозяйственной академией и Целиноградским сельскохозяйственным институтом) на основании экспериментов и наблюдений с учётом возможных направлений рекультивации и эффективного освоения восстанавливаемой территории разработаны требования е части подготовки поверхности шахтных отвалов, мо;цности наносимого плодородного слоя и т.д.

Согласно результатам экспериментов и исследований, а также исследованиям ряда авторов [ G, ?, о, J J , определены требования биологического этапа к техническому для отвалов шахт и обогатительных фабрик но направлениям рекультивации: сельскохозяйственному, рекреационному и санитарно-гигиеническому. При строительном направлении требования вырабатываются в процессе проектирования строительства объектов на отвале.

Следует отметить, что несмотря на различное назначение восстанавливаемых земель, ряд требовании биологического этапа к техническому имеет общий характер.

2.1.    Общие требования

2.1.1.    Отвалы, параметры которых соответствуют архитектурно-ландшафтным требованиям и принципам антропогенной совместимости, имеющие поверхностный слой, обеспечивающий биологическое самовосстановление, не требуют технической рекультивации.