Методичні засади управління режимом гірничотехнічної рекультивації при розробці горизонтальних покладів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стаття з теми:

Методичні засади управління режимом гірничотехнічної рекультивації при розробці горизонтальних покладів

В.І. Фененко Дніпропетровський регіональний центр державного земельного кадастру, Дніпропетровськ

Розглянуто можливість забезпечення проектного рівня родючості земель, порушених відкритими гірничими розробками, шляхом управління режимом рекультиваційних робіт. Сформульовано загальні положення режиму, визначено технологічні параметри та послідовність етапів складання графіку режиму і календарного плану рекультиваційних робіт. При цьому ураховано втрати чорноземної маси, гірських порід, що її засмічують, і гумусу в загальному обсязі природного ґрунту, який знімають. Наведено приклад управління вмістом гумусу в техногенному шарі при відпрацюванні чорноземних ґрунтів марганцевими кар'єрами Орджонікідзевського ГЗК.

Рассмотрена возможность обеспечения проектного уровня плодородия земель, нарушенных открытыми горными разработками, путем управления режимом рекультивационных работ. Сформулированы общие положения режима, определены технологические параметры и последовательность этапов составления графика режима и календарного плана рекультивации. При этом учтены потери черноземной массы, горных пород, которые ее засоряют, а также гумуса в общем объеме снимаемого плодородного слоя. Приведен пример управления содержанием гумуса в техногенном слое при разработке черноземной почвы марганцевыми карьерами Орджоникидзевского ГЗК.

The opportunity of maintenance of a project level of lands' fertility broken by open-cast mining of minerals' deposits by the management of restoration works' mode is considered. General regulations of the mode are formulated. Technological parameters and consistency of stages of mode scheduling and the planned schedule of restoration are determined. The losses of chernozem mass, soiling it mining rocks and Nutrients in total volume of cut off fertile layer are taken into account. The example of management by Nutrients content in created layer at the development of chernozem lands by manganese quarries of Ordzhonikidze ore mining and processing enterprise is resulted.

Щорічно в Україні під відкриті гірничі розробки надається 1000…1200 га земельних угідь різного призначення, з них рекультивують для сільськогосподарського виробництва. лише 60...65% площі відведених ділянок. Марганцеві кар'єри нині розробляють до 200 млн. т гірської маси на рік і для цього використовують 100…150 га високо родючих земель. Рішення питань землекористування має важливе значення для Дніпропетровського регіону, який відноситься до зони підвищеної екологічної небезпеки.

В науково-технічній літературі питання гірничотехнічної рекультивації вирішені достатньо детально. Обґрунтування техніки й технології рекультиваційних робіт при відкритій розробці родовищ, відтворення родючості порушених ґрунтів наведено в наукових працях Бекаревіча М.О., Горлова В.Д., Гуменика І.Л., Дорошенка Є.П., Дриженка А.Ю., Новожилова М.Г., Прокопенко В.І., Середи Г.Л., Тартаковського Б.Н., Шапаря А.Г. та інших вчених.

З огляду результатів досліджень за темою статті витікає, що техногенні ґрунти характеризуються значними коливаннями параметрів родючості. Причому, ці коливання, що спричинені змінними параметрами родючості природних ґрунтів, зростають під впливом технологічних факторів гірничотехнічної рекультивації. Коливання зумовлюють зменшення врожайності земель, їх грошової оцінки, а в підсумку, збільшення витрат гірничо-збагачувального підприємства на відведення земель під гірничі розробки.

Як свідчить практика, можна створити такі рекультивовані землі, що за показниками родючості будуть щонайкраще підходити для вирощування визначеної сільськогосподарської культури. Разом з цим, виходячи з роботи [1], грошова оцінка земель сільськогосподарського призначення передбачає вирощування зернових культур і, зокрема, озимої пшениці, тому гірничотехнічна рекультивація має створювати таку родючість техногенного ґрунту, при який названа культура буде мати найбільшу врожайність. Отже, раціональний режим рекультиваційних робіт повинен забезпечувати найбільш високу родючість земель для вирощування зернових культур.

Забезпечувати родючість техногенного ґрунту автор пропонує шляхом управління режимом рекультиваційних робіт. Під цим режимом розуміється встановлена проектом або дослідженням послідовність зняття обсягів чорноземного ґрунту на непорушених землях та нанесення його на поверхні відвалів розкривних порід у часі, яка забезпечує планомірне, економічно та екологічно ефективне відновлення земельних ресурсів, використаних для розробки родовища протягом строку існування кар'єра. Зазначений режим оцінюють за графіком, на якому відбиті показники родючості ґрунтів на використаних і відновлених земельних ділянках, що контролює землевласник (потужності чорноземного шару і порід, що його підстилають, вміст гумусу, фізичної глини тощо), по періодах просування фронту розкривних робіт.

Режим рекультиваційних робіт можна встановлювати аналогічно режиму гірничих робіт при експлуатації пологих та горизонтальних родовищ. З цією метою використовується метод геометричного аналізу кар'єрного поля, розроблений акад. Ржевським В.В. [2]. Стосовно режиму рекультивації, зазначений метод полягає у кресленні ряду положень фронту розкривних робіт через інтервали його просування, визначенні для кожного інтервалу просування обсягів чорноземної маси, гумусу, фізичної глини тощо, побудові графіків зміни цих обсягів за напрямком просування фронту розкривних робіт. Вихідними матеріалами є топографічні плани з нанесеними ізолініями потужності шару чорнозему, вмісту гумусу, фізичної глини й інші параметри рекультиваційних робіт, які складають бонітування техногенного ґрунту.

На графіку по осі абсцис у визначеному масштабі відкладають інтервали просування фронту в окремі етапи зняття чорноземної маси, а по осі ординат - її обсяги та складових техногенного ґрунту при просуванні фронту на одиницю довжини. При паралельному просуванні фронту кар'єрне поле розділяють серією паралельних ліній, які означають його положення. Таких положень обирають у кількості, яка залежить від складності умов залягання природного ґрунту на непорушених землях та тривалості періоду планування розкривних і видобувних робіт. Для оптимізації режиму рекультивації зручно приймати положення фронту робіт за інтервалом, що дорівнюють ширині заходки (розкривної смуги) роторного екскаватора (чи іншого екскаваторного устаткування).

Для визначення параметрів чорноземної маси (обсяги ґрунту, гумусу, фізичної глини, підстилаючих порід й інші параметри, що контролюють при створенні насипного шару), яку знімають при просуванні на одиницю довжини, фронт робіт розділяють на ділянки однакової довжини (10, 20 або 50 мм у залежності від масштабу і головним чином від складності планів ізоліній потужності шару чорнозему, вмісту гумусу тощо). В середині кожної ділянки (за позначками, наприклад, ізопотужностей) проставляють величину певного параметра чорноземної маси (потужність шару), які додають і помножують на довжину однієї ділянки та лінійний масштаб. Отримані результати множення наносять як ординати зазначених параметрів на графік для кожного етапу фронту робіт з боку розкривних уступів. Відстань між етапами складає відповідно L1, L2 ,..., L10 . На лініях ординат відкладають також в масштабі значення обсягу гумусу, фізичної глини, інші параметри чорноземного шару для кожного положення фронту робіт. Отримані точки поєднують ломаними лініями або плавними кривими, які відбивають залежність перелічених параметрів природного ґрунту, що знімають у межах кар'єрного поля, від просування фронту робіт.

Площа, яка знаходиться між графіком потужності чорнозему, віссю абсцис та будь-якою парою ординат, означає обсяг чорноземної маси при відповідному просуванні фронту робіт. Таким же чином можна визначити площу, яку складають графіки з кожного параметра чорноземного шару, що знімають з поверхні розкривного уступу.

На рисунку 1 представлений принциповий графік режиму рекультиваційних робіт при розробці марганцевого родовища. Тут розглянута частина кар'єрного поля, що відпрацьовують протягом 9 етапів, кожний з яких являє собою відпрацювання розкривної заходки шириною 50 м і довжиною 2000 м. Як випливає з даного рисунка, основні параметри режиму рекультиваційних робіт (потужність чорноземного шару, зміст гумусу в ньому) змінюються в широкому діапазоні (на 20...30% щодо середньої величини).

Для t-го періоду середню потужність шару розраховують як середньозважену за виразом:

mчt= (mчti Sti) / St , (1)

земля родючість гірничий рекультиваційний

де mчti - потужність шару чорнозему на і-ій ділянці непорушених земель у t-ий період розкривних робіт; Sti - площа i-ої ділянки, що має потужність шару mчti; St - загальна площа земельної ділянки, розроблювальної в t-ий період.

Відповідно до виразу (1) передбачається, що земельний відвід площею St, що необхідний для просування фронту розкривних робіт у t-ий період, розбивають на кілька ділянок з однаковою потужністю mчti чорноземного шару.

Для визначення обсягу чорноземного ґрунту, що знімається на t-ому етапі розкривних робіт, одночасно з розрахунком потужності шару mчt, установлюють площі поперечного перерізу чорноземного шару в початковому Sчt і кін- цевому Sч(t+1) положеннях фронту робіт. Цей обсяг розраховують за виразом:

Vчt = 0,5 (Sчt + Sч(t+1))/ Lt..

При знятті, транспортуванні і збереженні чорнозему внаслідок технологічних і організаційних умов цих процесів відбуваються його втрати, засмічення. Крім того, під впливом атмосферних умов знижується вміст гумусу. З урахуванням цих факторів на відвал для рекультиваційних робіт буде надходити чорноземна маса, обсяг якої може бути розрахований за формулою:

Vч.рt = Vчt ((1-ч )(1+з) - Нt г ), (2 )

де ч, з, г - частка обсягу відповідно втрат чорноземної маси, гірських порід, що її засмічують, і гумусу в загальному обсязі природного ґрунту, який знімають на t-ому етапі, частки од.; Нt - вміст гумусу в ґрунті на землях у середньому для t-ого етапу відпрацювання кар'єрного поля.

Рисунок 1 - Графік режиму рекультиваційних робіт при розробці марганцевого родовища: 1,2 - обсяги відповідно чорноземного шару та гумусу в цьому шарі (при просуванні фронту робіт на 1 м); 3 - потужність чорноземного шару; 4 - вміст гумусу в шарі 0-10 см

Аналогічним чином для t-го періоду розкривних робіт встановлюють середні параметри режиму рекультивації за іншими показниками непорушеного ґрунту. Вміст гумусу Нt і фізичної глини Gt можна встановити з використанням наступних формул:

Нt = Нt (Нtі Ltі)/ Lt ; Gt=( Gtі Ltі)/ Lt ,

де Нtі, Gtі - середній вміст відповідно гумусу й фізичної глини на i-ій ділянці земельного відводу в t-ий період розкривних робіт.

Чорноземна маса, що доставляють на відвал, буде містити обсяг гумусу, рівний для непорушених земель:

Vг.рt = Нt Vчt (1-г) (1-ч ). (3)

Виходячи з обсягу чорноземного ґрунту, гумусу, що він містить, інших параметрів ґрунту, визначають розміри площадки зовнішнього відвала, де цей ґрунт будуть наносити, вирівнювати, ущільнювати і, в цілому, створювати техногенний шар ґрунту. У кожен t-ий період рекультиваційних робіт на відвальній поверхні необхідно створювати чорноземний шар проектної потужності mн.ш. При рівності швидкостей Vф.в і Vф.р фронт рекультивації повинний мати довжину, що визначають за виразом:

L ф.р t = mчt (L ф.вt + 2Вс.з)/m н.ш ,

де Lф.вt - довжина фронту робіт розкривних уступів у t-ий період.

Відповідно загальним обсягам чорнозему і гумусу, що розміщають на поверхні відвала, встановлюють середній вміст гумусу на ділянці, яка створена у будь-який етап рекультиваційних робіт. Підставляючи замість величин Vч.рt і Vг.рt їх значення по формулах (2) і (3) і не враховуючи дуже малу величину Нtг, одержуємо для планування вмісту гумусу таку формулу:

Нрt =Нt (1-г ) / (1-з).

Виходить, вміст гумусу в техногенному ґрунті за величиною визначається в прямо пропорційній залежності від величини вмісту гумусу в природному ґрунті і відношення між собою обсягів утрат гумусу і засмічення цього ґрунту в процесі гірничотехнічної рекультивації. Впливати на вміст гумусу в ґрунті непорушених земель неможливо, зате рівень втрат і засмічення може бути істотно змінений шляхом застосування іншої механізації, технології й організації рекультиваційних робіт.

У такий же спосіб виконують розрахунок інших параметрів чорноземного ґрунту при його знятті з поверхні розкривного уступу та нанесенні на поверхню відвала. З використанням вищенаведених формул розраховано обсяги рекультиваційних робіт та вміст гумусу в техногенному шарі відповідно до зазначених на рис. 1 етапів розробки розкривних уступів.

Розробка режиму рекультиваційних робіт передбачає виконання таких положень: 1) створення техногенного шару ґрунту з проектними параметрами родючості (для вирощування певної культури); 2) найменшу мінливість за величиною вказаних параметрів ґрунту на площі рекультивованої ділянки. Ці положення є основою для складання календарного плану рекультиваційних робіт. На відносно короткий період (1..2 роки) цей план слід розробляти при плануванні гірничих робіт у цілому. Економічно ефективним буде режим робіт, який забезпечуватиме гірничодобувному підприємству найменший збиток від відтворення використаних земельних ділянок з отриманням техногенного ґрунту потрібної якості [3].

При складанні календарного графіка рекультиваційних робіт, що визначає обсяги та якість чорноземної маси, необхідно враховувати наступне.

1. Основною умовою вибору режиму рекультиваційних робіт є створення на відновлюваних ділянках техногенних ґрунтів високої якості. Це досягається технологічним і організаційним забезпеченням якості рекультивації як сукупності властивостей і міри корисності рекультивованих земель, що обумовлюють їх здатність до задоволення вимог визначеної сільськогосподарської культури для її вирощування.

2. При відновленні відпрацьованих кар'єрами земель слід орієнтуватися не на рівень якості чорноземного шару непорушених земель, а створювати техногенний ґрунт вищої якості, яка повніше відповідає напряму його подальшого використання.

3. Відповідно зміні річних обсягів розкривних робіт в окремі періоди, потужності розкривної товщі і покладу корисної копалини, умов його залягання, змісту корисних компонентів у покладі змінюється річне просування фронту робіт розкривних уступів, що приводить до різної швидкості просування фронту рекультиваційних робіт.

4. Технологічне устаткування дільниці рекультивації розраховано на визначену виробничу потужність. Тому варто передбачати виконання в часі рівних обсягів рекультиваційних робіт.

Виходячи із сумарного обсягу робіт з відновлення порушених земель (438,9 тис. м3), на кожнім етапі відпрацьовування розкривних уступів слід знімати чорноземний шар, переміщати й розміщати його на відвалі в середньому обсязі Vч.с = 55 тис. м3 (рисунок 2). Тому на I і II етапах для виконання зазначеного обсягу необхідно збільшити швидкість просування фронту робіт зі зняття чорнозему (тобто випереджати просування фронту розкривних робіт). Це збільшення дозволить знизити обсяги розглянутих робіт на III, IV і V етапах (у сумі на 10,6 тис. м3). Тоді протягом цих етапів стосовно середнього обсягу залишаться невиконаними роботи зі зняття чорноземного шару з поверхні передового розкривного уступу, транспортуванню й ін. в обсязі 1,4 тис. м3 . Цей обсяг разом із зайвим обсягом робіт на VI етапі (1,4 тис. м3 ) будуть перенесені на наступні VII і VIII етапи. Викладений порядок розподілу обсягів робіт за етапами рекультивації показує можливість створення графіка рекультиваційних робіт з постійними обсягами Vч.с чорнозму.

При нанесенні чорнозему на поверхні відвала можна створити шар будь-якої потужності, яка не буде змінюватися на всій площі ділянки, що рекультивують. Для цього лише необхідно мати достатню кількість чорноземної маси, що перевіряють за умовою:

Vчt = L.р t m н.ш Lф.р t ? L t mчt (Lф.вt + 2Вс.з) ,

де L.р t - просування фронту рекультиваційних робіт на відвалі на t - ому етапі розкривних робіт; Lф.в , Lф.р - довжина фронту відповідно розкривних та рекультиваційних робіт; Вс.з - ширина смуги санітарного захисту.

Рисунок 2 - Гістограма розподілу обсягів рекультиваційних робіт по етапах відпрацювання кар'єрного поля (у квадратах наведено середній вміст гумусу при змішуванні чорноземного ґрунту)

Згідно з даними, що наведені на рисунку 2, при укладанні на відвалі чорноземної маси з поверхні першої смуги, яку розкривають, (заходки) техногенний шар матиме вміст гумусу 2,9% (при середньому вмісті по цій ділянці 3,3%). Якщо укладати чорнозем з першої і другої заходок спільно, то вміст гумусу в насипаному шарі підвищиться до 3,1%. При спільному розміщенні на відвалі ґрунту з трьох розкривних смуг вміст гумусу в техногенному шарі досягне 3,3%. При подальшому змішуванні чорноземного ґрунту на площі чотирьох, п'яти, шести.... смуг вміст гумусу складатиме 3,4...3,3% (див. рисунок 2). Отже, змішування чорнозему, що знімають на поверхні декількох розкривних заходок, дозволяє усереднять вміст гумусу в техногенному ґрунті. При цьому за рахунок зняття родючого шару на визначених заходках може бути забезпечений необхідний (проектний) вміст гумусу в насипному шарі чорнозему.

З вище наведеного витікає, що режим рекультиваційних робіт слід вибирати за умови формування техногенних ґрунтів вищої родючості для вирощування зернових культур, яка визначає врожайність, а, отже, і грошову оцінку відновлених земель. Це досягається технологічним і організаційним забезпеченням якості рекультивації як сукупності властивостей і міри корисності рекультивованих земель, що обумовлюють їх здатність до задоволення вимог сільських господарств. Підвищення родючості техногенних ґрунтів є доцільним, якщо воно приводить до підвищенням грошової оцінки відновлених земель у більший мірі, ніж витрат на рекультиваційні роботи.

Перелік посилань

1. Земельний кодекс України: правова основа управління земельними ре-сурсами / За ред. В.В. Горлачука.-Львів: НВФ Українські технології, 2001.- 88 с.

2. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Учеб. для вузов. Часть 2. Технология и комплексная механизация. - М.: Недра, 1985. - 549 с.

3. Кириченко О.О. Шляхи зниження збитковості відтворення земельних ресурсів, використаних марганцевими кар'єрами. - Дисер. на здобуття наук. ступ. канд. екон. наук за спец. 08.08.01.- Дніпропетровськ: НГУ, 2003.- 167 с.

Размещено на Allbest.ru