Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Изобретение относится к горнодобывающей промышленности, техническим результатом которого является захоронение бытовых и производственных отходов IV-V классов опасности, ускорение биологического этапа рекультивации нарушенных земель за счет создания под плодородным слоем, слоя подкормки корневых систем высаживаемых растений и трав и восстановления первоначальных гидравлических режимов нарушенной территории.

Известен способ разработки крутопадающих пластов открытым способом [1], включающий проведение выездной и разрезной траншей в покрывающих породах, въездной и разрезной траншей по пласту полезного ископаемого с последующей отработкой одного или двух бортов разрезных траншей в направлении простирания пласта, в котором рекультивация земель проводится после отработки запасов.

Недостатком способа является большие затраты на вскрытие нижних горизонтов после рекультивации при доработке запасов.

Известен способ разработки полезных ископаемых [2], в котором верхние горизонты отрабатываются карьером, а нижние открыто-подземным или подземным способами.

Недостатком способа является отсутствие возможности проведения рекультивации при доработке запасов подземным способом.

Известен способ рекультивации земель [3], включающий формирование почвенного слоя, отличающийся тем, что почвенный грунт формируют внесением в грунт после предварительного боронования сложной травосмеси олиготрофной природы с широким экологическим диапазоном, при этом используют травосмесь, состоящую из трех групп видов растений или их замещающих.

Известен способ рекультивации земель [4], включающий формирование почвенного слоя внесением в голый грунт после предварительного боронования сложной травосмеси, состоящей из трех групп видов растений или их замещающих, а при замещении определяют минимальную массу семян видов в каждой группе по формуле: m=ga/2/b, где m - минимальная масса семян видов в каждой группе, g - удельная масса семян, а - количество видов в группе, b - количество видов и группе реальных семян.

Известен способ рекультивации земель при добыче угля [5], включающий планировку поверхности, внесение угольных отходов перед вспашкой, посев семян растений и инокуляция штаммом с посевом семян растений, при этом культуру берут в количестве 100-200 г/га.

Известен способ восстановления земель при разработке месторождений [6], включающий раздельную выемку, перемещение и складирование в ленточные отвалы плодородного слоя и вскрышных пород, обработку карьерного поля и выравнивание его вскрышными породами, укладывание геотекстильного нетканого материала из синтетических волокон, размещение семян трав и засыпку почвенным слоем высотой 50-100 мм, поверх которого наносится химический мелиорант.

Указанные способы относятся к этапам биологической рекультивации и сопоставляются с шестым этапом внесения семян и удобрения в сформированный плодородный слой почвы

Известен способ разработки верхних горизонтов полезных ископаемых [7], в котором вскрытие месторождения производят параллельными траншеями с удаленными внешними контурами на определенное расстояние друг от друга, а вскрытие осуществляется поэтапно углубленными траншеями с выемкой межтраншейного массива открытыми работами в направлении к центру до полного слияния в один карьер к моменту достижения конечного значения глубины эффективной разработки месторождения, которые дорабатывают подземными работами погоризонтно в направлении от внешних бортов до границ месторождения.

Недостатком способа является длительная неблагоприятная экологическая обстановка в горнодобывающем регионе из-за отсутствия возможности проведения работ по рекультивации земель.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ рекультивации открытых горных выработок [8], включающий отделение плодородного слоя при вскрытии запасов полезных ископаемых и складирование горных пород при их отработке, планировку выработанного пространства с закладкой горной породой и нанесение плодородного слоя с восстановлением растительности в соответствии с направлением использования земель, отличающийся тем, что при закладке горных пород в открытую горную выработку формируют наклонную траншею к оставляемой части обнаженного выхода пласта в борту горной выработки, которая обеспечивает доступ и последующую отработку оставленных запасов подземным способом и является частью промплощадки.

При рекультивации горных выработок запасов углей, склонных к самовозгоранию, производят изоляцию открытой части обнаженного пласта в бортах горной выработки или антипирогенную обработку, а при затоплении траншеи ее борта формируют из водонепроницаемых горных пород.

Задачами изобретения являются: использование при закладке открытых горных выработок бытовых и производственных отходов IV-V классов опасности и остатков сточных вод, в необработанном и переработанном в виде гранул; ускорение биологического этапа рекультивации нарушенных земель за счет создания под плодородным слоем слоя подкормки корневых систем высаживаемых растений и трав, а также восстановление первоначальных гидравлических режимов нарушенной территории.

Решение поставленных задач достигается тем, что закладку выработанного пространства ведут поэтапно:

- на первом этапе закладку выработанного пространства до уровня восстановления первоначальных гидрологических режимов подземных водоносных пластов ведут вскрышными породами, не представляющими потенциальной экологической опасности для загрязнения подземных вод, образуя водоносный слой, отделяемый от заполненного пространства водоупорным слоем глины мощностью 0,8-1,0 м и/или литой твердеющей закладки приготовленной из отходов из бытовых и промышленных отходов мощностью 20-30 см, которые обеспечивают водонепроницаемость слоев при вертикальном дренаже воды;

- на втором этапе оставшееся выработанное пространство заполняют до уровня выхолаживания рекультивируемой территории твердыми бытовыми или промышленными отходами IV-V класса опасности, обеспечивая их захоронение, которые выравнивают, уплотняют и отделяют водоупорным слоем глины мощностью 0,8-1,0 м;

- на третьем этапе выхолаживают откосы по площади открытой выработки с учетом угла заданного наклона и затрат на планировку рекультивируемой поверхности, а затем наносят водоупорный слой глины 0,5-0,7 м;

- на четвертом этапе в зависимости от вида выбранных растений и глубины их корневой системы на рекультивируемую площадь наносят слой и/или остатков сточных вод, донного ила, отходов животноводства мощностью 0,1-0,2 м, слой дробленого котельного шлака с размеров кусков 0-10 мм, или золы уноса ТЭЦ мощностью 0,10-0,20 м, или перемешенные материалы в пропорции 1:1-1:2 в зависимости от типа растительности, с укладкой в один слой мощностью 0,2-0,6 м, служащий для улучшения воздухо- и влагопроницаемости, а также структуризации почвы при вспашке и бороновании;

- на пятом этапе на рекультивируемую площадь наносят плодородный мощность 0,15-0,2 м или потенциально плодородной слой почвы мощностью 0,3-0,5 м, в который для улучшения плодородия вносят брикетированное удобрение из остатков сточных вод с расходом 100-180 г/м²;

- на шестом этапе производят посев трав, посадку деревьев и кустарников, выбранных в зависимости от направления рекультивации земель.

Сущность изобретения поясняется чертежами:

на фиг. 1 представлен вертикальный разрез открытой горной выработки до рекультивации;

на фиг. 2 представлен вертикальный разрез открытой горной выработки после заполнения выработки вскрышными породами до уровня затопления подземных вод;

на фиг. 3 представлен вертикальный разрез открытой горной выработки после заполнения выработки бытовыми и промышленными отходами;

на фиг. 3 представлен вертикальный разрез открытой горной выработки после технической рекультвации земель.

На чертежах приняты следующие условные обозначения: 1 - разрез, 2 - отвалы вскрышных пород, 3 - водоупорный глиняный слой, У-У - уровень затопления выработанного пространства подземными водами, С-С - линия выполаживания бортов разреза, 4 - борта разреза, 5 - твердые бытовые и промышленные отходы, 7 - слой ОСВ или золы уноса, 8 - плодородный и/или потенциально плодородный слой.

На первом этапе к закладке выработанного пространства разреза 1 вскрышными породами 2, не представляющими потенциальной опасности для загрязнения подземных вод, из внешних отвалов 6, из исходного состояния разреза 1 (фиг. 1) до уровня заполнения выработанного пространства подземными водами У-У (фиг. 2). Первый этап заканчивается отделением заполненного пространства водоупорным слоем глины 3 мощностью 0,8-1,0 м и/или слоем твердеющей закладки мощностью 0,2-0,3 м, приготовленной из промышленных и бытовых отходов с добавкой цемента и/или фосфогипса, предотвращающим вертикальный дренаж воды во всем диапозоне мощности и выше.

На втором этапе выработанное пространство заполняется твердыми бытовыми или промышленными отходами IV-V класса опасности (фиг. 3), обеспечивая их захоронение, который отделяется водоупорным слоем глины 3 мощностью 0,8-1,0 м.

На третьем этапе выполаживаются откосы бортов по линии среза бортов С-С (фиг. 4), для планировки заданного угла восстановленной территории с использованием остатков вскрышных пород внешних отвалов, а затем наносится водоупорный слой глины 0,5-0,7 м для предотвращения перехода загрязняющих веществ отходов в плодородный слой, а в последующем он перемешивается с плодородным слоем, взаимно обогащая друг друга.

На четвертом этапе в зависимости от вида планируемой растительности и глубины ее корневой системы, а также вида переработанного отхода на площади рекультивируемого пространства формируется плодородный слой из плодородных или потенциально плодородных почв послойно, сверху и/или снизу слоя остатков сточных вод, донного ила, отходов животноводства мощностью 0,1-0,2 м, обеспечивающего плодородие почвы, слоя котельного шлака, дробленого шлака с размером кусков 0-13 мм или золы уноса ТЭЦ мощностью 0,10-0,20 м, служащих для улучшения воздухо- и влагопроницаемости, а также структуризации почвы при вспашке и бороновании.

Вариантов формирования плодородного слоя при наличии разнообразных отходов может быть бесчисленное множество и зависит от количества полезных веществ в них, выбранной растительности и многих других факторов, определяющих экономическую целесообразность использования материалов.

Возможно перемешивание материалов 1:1-1:2 в зависимости от типа растительности и укладка единым слоем мощность 0,2-0,6 м.

На пятом этапе на рекультивируемую площадь наносится плодородный слой мощностью 0,15-0,2 м или потенциально плодородной слой почвы мощностью 0,3-0,5 м, в который для улучшения плодородия вносят брикетированное удобрение из остатков сточных вод с расходом 100-180 г/м².

- на шестом этапе производят посев трав, посадку деревьев и кустарников, выбранных в зависимости от направления рекультивации земель и условий их произростания.

Создание водоупорных слоев из глины и твердеющей закладки с применением промышленных и бытовых отходов предотвращает вертикальный дренаж воды, позволяет восстанавить гидрологические режимы нарушенной территории и водотоки подземных вод, а испльзование остатков сточных вод в обработанном и не обработанном виде улучшает плодородие почвы, ускорят восстановления земель, чем достигается технический результат.

Список использованных источников

1. Горное дело. / Ю.П. Астафьев, В.Г. Банзнюков, О.Г. Шипун и др. - М.: Недра, 1980. - С. 14-15.

2. Комбинированный способ разработки полезных ископаемых. А.с. №143924. МПК E21C 41/02.

3. Способ рекультивации земель. Пат. РФ №95113954. МПК A01B 72/09. Авторы: С.И. Зарубин, Л.Ф. Логинов, Н.В. Рыжук и др. Заявл. 1995.08.03. Опубл. 1998.01.20.

4. Способ рекультивации земль. А.с. №951139541/13. Авторы: С.И. Зарубин, Л.Ф. Логинов, Н.В. Рыжук и др. Заявл. 1994.06.15. Опубл. 1998.04.27.

5. Способ рекультивации нарушенных при добыче угля земель. Пат. РФ №940231115. Авторы: А.Н. Красавкин, И.В. Катаева, С.В. Васильева и др. Заявл. 1994.08.15. Опубл. 1997.02.10.

6. Способ восстановления нарушенных земель при разработке месторождений. Пат. РФ №96111633/13. Авторы: В.М. Герасимов, К.И. Карасев, А.В. Рашкин. Заявл. 1996.06.07. Опубл. 1998.04.27.

7. Способ разработки верхних горизонтов полезных ископаемых. Пат. РФ №97101942. Авторы: А.А. Атрушкевич, В.А. Атрушкевич, О.А. Атрушкевич и др. Заявл. 1997.

8. Способ рекультивации открытых горных выработок. Пат РФ №2297533. Патентообл. и авт. Сенкус В.В., Фомичев. С.Г., Сенкус В.В., Сенкус В.В. Заявл. 26.082005. Опубл. 20.04.2007. Бюл. 11.