Рекультивация почв

Открытый способ добычи полезных ископаемых оказывает наиболее существенное разрушающее влияние на природные ландшафты. Поэтому особое внимание уделяется рекультивации земель, нарушенных открытыми разработками.

Существенное значение имеет правильная и своевременная оценка всех факторов, определяющих выбор наиболее рациональных направлений рекультивации в соответствии с последующим целевым использованием.

2.1. Состав и свойства вскрышных  пород и их классификация

Одним из факторов, определяющих возможность и направления рекультивации является состав и свойства вскрышных пород, выносимых в отвалы. Изучению   минералогического   состава,   химических   и   физических   свойств

вскрышных пород  и их классификации по пригодности  к биологической рекультивации придается большое значение во всех странах.

Исследования  вскрышных пород в бассейне «Марица-Восток» (НРБ) показали, что преобладающие в отвалах желтые, зеленые и черные глины имеют примерно одинаковый минералогический состав, но значительно различаются по химическим, физическим и водно-физическим свойствам. Желтые и зеленые глины, сходные между собой по основным химическим и физическим показателям, вполне пригодны для выращивания сельскохозяйственных и лесных культур. Черные глины, отличающиеся неблагоприятными химическими, физическими и водно-физическими свойствами, непригодны для биологической рекультивации и требуют перекрытия их плодородными породами   .

Wunsche М., отмечая значение минералогического состава для определения потенциальной производительности субстрата отвалов, характеризует по этому признаку различия между четвертичными и третичными породами в бу-роугольном бассейне южнее г. Лейпциг (Германия). Классификация пород отвалов и оценка их пригодности к различным видам использования строится на комплексе признаков, включающих минералогический состав, химические и физические свойства. На основании этой классификации разработана методика полевого обследования и картирования местообитаний нарушенных территорий. Выделены 6 основных типов местообитаний, для которых даны соответствующие рекомендации и методы их рекультивации и хозяйственного использования. К. Вернером введено понятие «минимального плодородия» для обозначения непосредственной производительности грунта и урожайности   [7, с. 33].

Леглером Б. сделана попытка классификации пород, затронутых почвообразовательным процессом и находящихся в разной степени развития и пригодности к сельскохозяйственному и лесохозяйственному использованию.

В Германии при проведении почвенно-геологического картирования для целей рекультивации оценка вскрышных пород производится по классификации Кnаbе W.

На основе изучения целого комплекса  факторов (минералогический и механический состав, удельный и объемный вес, порозность, пластичность, проницаемость, рН, гидролитическая кислотность, емкость поглощения, содержание С, Са, СО_з, питательных элементов, микроэлементов, серосодержащих соединений и т. д.) производится оценка вскрышных пород по пригодности для биологической рекультивации. Выделяются следующие группы: класс А - очень хорошие грунты, пригодные для сельскохозяйственной рекультивации; класс В - хорошие грунты в основном пригодные для лесной рекультивации; класс С - потенциально продуктивные грунты, пригодные для лесной рекультивации после некоторого улучшения; класс D - плохие, бесплодные (олиготрофные) грунты, непригодные для рекультивации; класс Е - токсичные грунты, требующие изоляции или нейтрализации. В качестве комплексной оценки пригодности грунтов для рекультивации вводится также бонитировоч-ное число для каждого грунта, складывающееся из условных показателей различных свойств, определяемых на основе лабораторных и полевых исследований.

В РФ большинство региональных классификаций также основывается на комплексе минералогических, агрохимических и агрофизических свойств с

выделением, как правило, 3 или 4 категорий  пригодности к биологической рекультивации.. [21, с. 110]

Большое внимание в последние годы уделяется изучению минералогического состава вскрышных пород, на основе которого выделяются категории

пригодности пород и прогнозируется их использование .

На основании объединения принципов  известных классификаций составлена обобщенная схема классификации, рекомендуемая как основа систематизации вскрышных пород при подготовке технической документации для проектирования работ по рекультивации.

Усиливающаяся тенденция непосредственного использования  грунтов отвалов для выращивания  сельскохозяйственных и: лесных культур  без нанесения гумусированного слоя почвы вызвала необходимость детального исследования физических и водно-физических свойств вскрышных пород. Рассматривается зависимость обеспеченности влагой, водопроницаемости и других факторов водного режима от минералогического и механического состава пород, агротехнических мероприятий, применяемых на отвалах, характера растительного покрова и т. д. Dimitrowsky К. установлено, например, что в илах, имеющих широкое распространение в буроугольных бассейнах, водопроницаемость в значительной степени зависит от процесса выветривания, главным образом механического. Heвыветренные илы водонепроницаемы. Большое значение имеет характер агротехнических мероприятий и растительный покров. Под лесными культурами, особенно в верхних слоях, водопроницаемость выше, чем под сельскохозяйственными культурами. Jonas F. доказал, что степень выветривания илов в значительной мере зависит от минералогического состава.

По данным Чеклиной В. Н. , при проведении планировочных работ ранней весной (при переувлажнении грунтов) в первый год объемный вес грунто-смесей оказывается выше объемного веса отдельных пород в естественном залегании, а водопроницаемость практически равна нулю. В дальнейшем в течение 3-4 лет происходит снижение уплотненности грунтосмесей.

При нанесении  на такие породы почвенного слоя без  предварительной их нейтрализации происходят нежелательные изменения в поглощающем комплексе нанесенной почвы, повреждаются посевы .

Испытание разработанных  немецкими исследователями методов  химической мелиорации токсичного комплекса известью в условиях Подмосковного бассейна не дали эффективных практических результатов, хотя в вегетационных опытах и были получены положительные данные. Для условий РФ более перспективными признается перекрытие фитотоксичных пород слоем карбонатного суглинка.

В последние  годы проведены опыты по химической мелиорации сульфи-досодержащих пород в США. Применялось известкование, промывание сточными водами с осаждением биошлама, нейтрализация токсичного комплекса золой от сжигания угля и т. д. Наиболее эффективным оказалось применение угольной золы в дозе 340 т/га . [28, с.118]

Широкое развитие исследований по изучению состава и  свойств вскрышных пород, а также большое значение их для целей рекультивации послужило основанием к разработке унифицированных методик аналитических работ для разных стран. В настоящее время эти работы включены в план сотрудничества стран - членов СЭВ по рекультивации ландшафтов, нарушенных промышленной деятельностью человека.

2.2. Горнотехнический этап рекультивации

Горнотехнический  этап рекультивации наиболее трудоемкий и дорогостоящий обеспечивает эффективность биологической рекультивации и дальнейшего целевого использования. Своевременное выявление требований, предъявляемых к горнотехнической рекультивации, позволяет внести соответствующие коррективы и усовершенствования в технологию вскрышных работ и отвалообразования и использовать для рекультивации основное оборудование в период эксплуатации карьера. Это значительно удешевляет рекультивационные работы и повышает их эффективность. [24, с.19]

Основные направления  работ и задачи горнотехнического  этапа рекультивации земель, нарушенных при открытой добыче полезных ископаемых: а) восстановление нарушенной поверхности и подготовка ее к различным видам целевого использования. Сюда входит создание рациональных форм рельефа отвалов и выемок, планировка поверхности, выполаживание откосов, ликвидация последствий усадки, проведение мелиоративных мероприятий, нанесение гумусированных («пахотных») слоев почвы и т. д.; б) создание сети подъездных путей; в) регулирование гидрологического режима (создание дренажных канав, регулирование стоков, перенесение русел рек и каналов); г) создание необходимых инженерных сооружений и т. д.

В РФ в связи с наличием в покрывающих толщах различных, районов сульфидсодержащих, засоленных и других пород, непригодных для биологической рекультивации, одной из задач горнотехнического этапа является селективное формирование отвалов. Многими российскими исследователями нeoднократно отмечалось экономическая эффективность включения горнотехнического этапа рекультивации в технологический цикл предприятий с внесением со ответствующих изменений в технологию гарных работ.

Овчинников В. А. и Мкртычан А. А. указывают на необходимость тщательного обоснования проектных решений горно-технического этапа. Авторы рассматривают ряд технологических схем разработок вскрыши, анализируют изменения технико-экономических показателей с целью выбора наиболее экономичных вариантов.

Денисов Ю. И. и Красавин А. П. приходят к выводу, что существуют большие возможности в оптимизации технологических схем и объемных параметров внешнего отвалообразования. При добыче угля, железной руды и других полезных ископаемых в глубинных карьерах (200-300 и более метров) возникает проблема размещения и формирования внешних отвалов. Авторы77 считают, что при полноценной рекультивации нецелесообразны высокие отвалы. Следует ориентироваться на создание одно- двухъярусных отвалов с правильным формированием так называемого «рекультивационного горизонта» (мощностью 1,7-2,5 м). Дороненко Е. П. и Элькин А. Я. на основании расчетов делают вывод, что при выполаживании откосов отвалов до угла 26° необходимо оставлять террасы шириной не менее 10 м, а при возрастании угла откоса до 38° - не менее 11,6 м78 . Для КМА предлагается формирование плоскостных отвалов с отсыпкой вскрышных пород в близлежащие овраги, что экономит полезную площадь и ускоряет возвращение земель в сельскохозяйственное использование. В качестве одной из форм рекультивации для уже имеющихся отвалов с большим содержанием углистых частиц в поверхностном слое и повышенной термической активностью рекомендуется использовать их тепло для

создания тепличных хозяйств. В  ряде работ рассматриваются вопросы  подготовки данных для составления проектов по рекультивации, системы проектирования и порядка организации работ. [14, с.352]

Характер затрат на горнотехническую рекультивацию, весьма разнообразный для различных условий, рассматривают в обзоре литературы Кравчино О. П. и Мазуров А. Л. Например, для карьеров Камыш-Бурунского железорудного комбината затраты на горнотехническую рекультивацию, где основная часть приходится на перемещение и нанесение черноземного слоя, составляют от 2620 до 4810 руб./га.

На Никопольском марганцевом месторождении (Орджоникидзевский  горнообогатительный комбинат) затраты на горнотехническую рекультивацию без нанесения почвенного слоя составляют 2-2,5 тыс. руб. . На перевозку и укладку почвенного слоя на поверхность шламоотстойников в Криворожье затрачивается 2770 руб./га. На предприятиях цветной металлургии с отработкой участков экскаваторно-гидравлическим способом затраты на горнотехническую рекультивацию составляют от 2600 до 3600 руб./га (с учетом биологической рекультивации расходы исчисляются в 4000 руб./га). На угольных карьерах Кузбасса стоимость горнотехнической рекультивации, складывающаяся главным образом из планировочных работ, составляет от 252,4 до 2803,2 руб./га, на старых, уже отсыпанных отвалах - до 4320 руб./га84 . На Украине эти затраты колеблются от 903 до 4376 руб./га при создании лесонасаждений и сельскохозяйственных угодий, до 8230 руб./га при создании водоемов85 . При рекультивации территорий с большим количеством фитотоксичных пород (Подмосковный

угольный бассейн) затраты  горнотехнического этапа составляют от 2073 до 8431 руб./га.

2.3. Рекультивация земель для сельскохозяйственного использования

В связи с  общим сокращением площади сельскохозяйственных земель и уменьшением доли пашни на душу населения наибольшее значение при рекультивации территорий, нарушенных открытыми разработками, имеет сельскохозяйственное направление. Преимущественное развитие это направление получило в странах Европы, где дефицит земель выражен наиболее резко. [27, с.224]

При создании сельскохозяйственных угодий на рекультивируемых территориях главное внимание уделяется тщательности подготовки поверхности отвалов и разработке агротехнических приемов, направленных на улучшение плодородия рекультивируемых земель и повышение урожайности сельскохозяйственных культур. В Германии, например, условия подготовки территории для сельскохозяйственного использования подробно оговорены в законодательстве. Основные требования, предъявляемые горному предприятию: тщательное выравнивание поверхности, нанесение плодородного грунта мощностью до 1 м, регулирование водного режима и баланса питательных веществ путем глубокой обработки почвы и внесения большого количества удобрений и т. д.. Особое внимание уделяется правильному подбору культур и мелиоративных севооборотов в сочетании с другими агротехническими приемами для повышения плодородия широко распространенных на поверхности отвалов плейстоценовых тяжелых суглинков. Применяются мелиоративные севообороты с преобладанием бобовых культур (люпина, люцерны, вики), чередующихся со злаковыми культурами, дающими большое количество пожнивных остатков. Результаты опытов, проведенных в округе Галле-Лейпциг, показывают, что глубинное (рыхление и возделывание бобовых культур с глубокой корневой системой улучшает структуру породы, обогащает ее органикой и позволяет лучше использовать влагу глубоких, более увлажненных горизонтов. [14, с.352]

В РФ, в районах, где открытыми разработками нарушаются земли с плодородными почвами (Центрально-Черноземные области.), сельскохозяйственному направлению рекультивации придается первостепенное значение. Рекультивация проводится двумя путями: с нанесением гумусированной части почвенного слоя и при непосредственном использовании потенциально плодородных вскрышных пород без нанесения почвы. Рядом опытов на Украине, в Центрально-Черноземных областях, в Тульской области показано, что возделывание зерновых и других хозяйственно ценных сельскохозяйственных культур целесообразно производить при нанесении на поверхность отвалов почвенного слоя. В законодательных актах и постановлениях РФ оговорена необходимость сохранения и использования при рекультивации почвенного слоя. Инструктивными указаниями и рекомендациями предусматривается для создания полноценных пахотных угодий нанесение гумусированного почвенного слоя мощностью 40-50 см.