СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ, НАРУШЕННЫХ ПРИ ОСВОЕНИИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Изобретение относится к горному делу, преимущественно к открытым горным работам, и может найти применение при рекультивации неглубоких карьерных выемок после проведения открытых горных работ. Известен способ восстановления нарушенных земель при открытой разработке месторождений, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование в отвалы вскрышные породы и почвенный слой, выработку карьерного поля и закладку выработанного пространства строительными отходами, близкими по своему составу к природным минералам (см. RU №2274749, Е21С 41/32, 2006).

Недостатками известного способа являются большие затраты на рекультивацию за счет вторичной погрузки и транспортировки вскрышных пород и почвенного слоя и наличие больших площадей отчуждаемых земель.

Известен также способ рекультивации земель, нарушенных при освоении рудных месторождений полезных ископаемых, включающий их техническую рекультивацию и последующую биологическую рекультивацию, для чего отсыпают на поверхность земель плодородный грунт, вносят удобрения и проводят посев семян местной флоры (RU №2462854 А01В 79/02, 2010).

Недостатками известного способа являются большие затраты на рекультивацию - за счет широкого использования ручного труда при оформлении на откосе отвала мелких террас на насыпных породах и посадке саженцев на поверхности отвала; кроме того - норма посева семян составляет в среднем 30 кг/га, что, как показывает опыт далеко не всегда достаточно; кроме того, посев семян проводят после посадки саженцев между их рядами, что затрудняет использование техники, при этом - посев и внесение удобрений проводится без полива, что повышает подвижность семян и частиц удобрений и способствует их выносу за пределы рекультивируемых участков. Таким образом, скорость формирования растительных сообществ и почвообразование на рекультивируемых участках оказываются недостаточно высокими, а в условиях криолитозоны недостоточно эффективными.

Задача, на решение которой направлено заявленное решение обеспечение ускоренного формирования растительных сообществ и почвообразования на рекультивируемых участках.

Технический результат, проявляющийся при решении заявленной технической задачи выражается ускоренном формировании растительных сообществ и почвообразовании на рекультивируемых участках, особенно в условиях криолитозоны.

Для решения заявленной технической задачи способ рекультивации земель, нарушенных при освоении рудных месторождений полезных ископаемых, включающий их техническую рекультивацию и последующую биологическую рекультивацию, для чего отсыпают на поверхность земель плодородный грунт, вносят удобрения и проводят посев семян местной флоры, отличается тем, что в процессе технической рекультивации обеспечивают выполаживание участков подлежащих рекультивации до обеспечения возможности проезда по ним используемого гидросеятеля и их полосное землевание с нанесением на поверхность рекультивируемых участков потенциально-плодородного грунта мощностью 20-25 см, при этом, посев семян и внесение удобрений в процессе биологической рекультивации проводят в весенний период, причем, семена высеивают, совмещая это с поливом и удобрением посевов, для чего готовят водную смесь, семян и минеральных удобрений, формируемую из расчета 50 кг/га овса посевного, от 12 до 20-30 кг/га семян многолетних трав, 0,9-2,0 кг/га семян древесных видов, при этом норма внесения удобрений составляет до 90 кг/га селитры аммиачной, до 90 кг/га суперфосфата двойного, до 50 кг/га калия хлористого, и после перемешивания смеси ее равномерно вносят на поверхность участков, подлежащих рекультивации, причем, после завершения посева, в тот же день с помощью прицепной бороны, семена заделывают в сформированный потенциально-плодородный грунт, кроме того, в середине периода вегетации проводят подкормку посевов азотными удобрениями из расчета 45 кг/га в растворенном виде. Кроме того, при рекультивации используют семена злаков, бобовых и древесно-кустарниковых растений, при этом злаки включают арктополевицу широколистная (Arctagrostis latifolia) и/или бекманию восточную (Beckmannia zyzigachne) и/или вейник Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii), и/или пырейник сибирский (Elymus sibiricus) и/или пырейник почти волокнистый (Elymus subfibrosus), и/или мятлик луговой (Роа pratensis), и/или овсяницу луговую (Festuca pratensis), и/или овсяницу красную (Festuca rubra), и/или щучку северную (Deschampsia borealis), при этом бобовые включают вику, мышиный горошек (Vicia macrantha), и/или клевер луговой (Trifolium pratense), и/или люцерну посевную (Medicago sativa), при этом древесно-кустарниковые включают ивы (Salix) и/или кедровый стланик (Pinus pumila) и/или лиственницу Каяндера (Larix cajanderi) и/или ольховник кустарниковый (Duschekia fruticosa) и/или тополь душистый (Populus suaveolens). Кроме того, потенциально-плодородный грунт формируют в виде смеси плодородного грунта с мелкодисперсными отходами обогащения в соотношении 1:2-3.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Совокупность признаков формулы изобретения обеспечивает ускоренное формирование растительных сообществ и почвообразование на рекультивируемых участках, при этом признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи

Признаки «в процессе технической рекультивации обеспечивают выполаживание участков подлежащих рекультивации до обеспечения возможности проезда по ним используемого гидросеятеля» задают параметры выполаживания участков подлежащих рекультивации, позволяя минимизировать объем этой работы.

Признаки, указывающие, что осуществляют «полосное землевание с нанесением на поверхность рекультивируемых участков потенциально-плодородного грунта мощностью 20-25 см» позволяют минимизировать объем этой работы и ускорить ее проведение, при этом, использование потенциально-плодородного грунта, вместо плодородного (удаляемого перед началом работ) позволяет увеличить толщину наносимого грунта и, тем самым, выживаемость посевов.

Признаки, указывающие, что «посев семян и внесение удобрений в процессе биологической рекультивации проводят в весенний период» способствуют повышению выживаемости посевов за счет увеличения продолжительности периода их прорастания до начала холодов.

Признаки, указывающие, что «семена высеивают, совмещая это с поливом и удобрением посевов, для чего готовят водную смесь, семян и минеральных удобрений» позволяют использовать технологию гидросева семян, одновременно повышая влажность семян и почвы и удобряя почву. При этом исключается сдув ветром семян и удобрений с обработанного участка.

Признаки, указывающие, что водную смесь, семян и минеральных удобрений, формируют «из расчета 50 кг/га овса посевного, от 12 до 20-30 кг/га семян многолетних трав, 0,9-2,0 кг/га семян древесных видов, при этом норма внесения удобрений составляет до 90 кг/га селитры аммиачной, до 90 кг/га суперфосфата двойного, до 50 кг/га калия хлористого» обеспечивают успешное прохождение растениями стадии всходов, кущения и колошения, и совместно со стерней овса формируют первичную дернину рекультивационного слоя. При этом подпокровный посев овса, обеспечивает эффективное выполнение противоэрозионных функции в первый год формирования растительного покрова на нарушенных землях

Признаки, указывающие, что «после перемешивания смеси ее равномерно вносят на поверхность участков, подлежащих рекультивации» обеспечивают равномерное распределение семян по рекультивируемой поверхности.

Признаки, указывающие, что «после завершения посева, в тот же день с помощью прицепной бороны, семена заделывают в сформированный потенциально-плодородный грунт» обеспечивают максимальную сохранность высеянных семян.

Признаки, указывающие, что «в середине периода вегетации проводят подкормку посевов азотными удобрениями из расчета 45 кг/га в растворенном виде» повышают выживаемость посевов.

Признаки второго пункта формулы конкретизируют перечень используемых семян местной флоры.

Признаки третьего пункта раскрывают содержание понятия потенциально-плодородный грунт.

На фиг. 1 показан вид на рекультивированные отвалы пустых пород карьера Главный (ГОК Кубака); на фиг. 2 показан вид на рекультивированные отвалы №766, 778, 790, 802; на фиг. 3 показан вид на рекультивированный отвал спустя 6 лет после завершения восстановительных работ - многолетние травы; на фиг. 4 показан вид гидросеятеля, в процессе загрузки семян и удобрений в его бункер.

Способ рекультивации земель, нарушенных при освоении рудных месторождений полезных ископаемых, включает их техническую рекультивацию и последующую биологическую рекультивацию. Способ рекультивации предусматривает использование типовой горной техники для открытых горных работ (грейдера или бульдозера или автомобильного погрузчика - для выполаживания участков, подлежащих рекультивации и формирования слоя потенциально-плодородного грунта на рекультивируемой поверхности) и гидросеятеля FINN Т-90, смонтированного на шасси автомобиля высокой проходимости (для внесения семян и минеральных удобрений в растворенном состоянии). В качестве бороны используют тяжелую цепь (со звеньями, выполненными из круглого прутка диаметром 15-30 мм, с возможностью буксирования грейдером или погрузчиком или автомобилем высокой проходимости в т.ч. гидросеятеля).

Для посева используют семена местной флоры: семена злаков, бобовых и древесно-кустарниковых растений, при этом злаки включают арктополевицу широколистная (Arctagrostis latifolia) и/или бекманию восточную (Beckmannia zyzigachne) и/или вейник Лангсдорфа (Calamagrostis langsdorffii), и/или пырейник сибирский (Elymus sibiricus) и/или пырейник почти волокнистый (Elymus subfibrosus), и/или мятлик луговой (Роа pratensis), и/или овсяницу луговую (Festuca pratensis), и/или овсяницу красную (Festuca rubra), и/или щучку северную (Deschampsia borealis), при этом бобовые включают вику, мышиный горошек (Vicia macrantha), и/или клевер луговой (Trifolium pratense), и/или люцерну посевную (Medicago sativa), при этом древесно-кустарниковые включают ивы (Salix) и/или кедровый стланик (Pinus pumila) и/или лиственницу Каяндера (Larix cajanderi) и/или ольховник кустарниковый (Duschekia fruticosa) и/или тополь душистый (Populus suaveolens). Кроме того, в процессе посева используют посевной овес.

Потенциально-плодородный грунт формируют до начала процесса землевания, в виде смеси плодородного грунта с мелкодисперсными отходами обогащения в соотношении 1:2-3, при этом, используют плодородный грунт, предварительно снятый перед разработкой месторождений полезных ископаемых и хранящийся в специально отведенных местах в пределах земельного отвода.

В процессе технической рекультивации выполаживают участки подлежащие рекультивации до обеспечения возможности проезда по ним используемого гидросеятеля. Далее осуществляют полосное землевание этих участков с нанесением на их поверхность потенциально-плодородного грунта мощностью 20-25 см, на который высевают семена вышеупомянутых растений местной флоры и вносят удобрения. При этом, процесс биологической рекультивации проводят в весенний период, причем, семена высеивают, совмещая это с поливом и удобрением посевов, для чего готовят водную смесь, семян и минеральных удобрений, формируемую из расчета 50 кг/га овса посевного, от 12 до 20-30 кг/га семян многолетних трав, 0,9-2,0 кг/га семян древесных видов, при этом норма внесения удобрений составляет до 90 кг/га селитры аммиачной, до 90 кг/га суперфосфата двойного, до 50 кг/га калия хлористого, и после перемешивания смеси ее равномерно вносят на поверхность участков, подлежащих рекультивации. После завершения посева, в тот же день с помощью прицепной бороны, семена заделывают в потенциально-плодородный грунт. Далее, в середине периода вегетации проводят подкормку посевов азотными удобрениями из расчета 45 кг/га в растворенном виде.

Результаты реализации способа. Участок проведения работ характеризуется среднегорным рельефом средней степени расчлененности. Склоны слабовогнутые, с крутизной 10-30 градусов. Абсолютные отметки днища долины р. Малая Авландя в среднем 533 м, а р. Кубака - 556 м. Водоразделы широкие, сглаженные. Относительное превышение над днищами долин в среднем 370 м, максимальное - 442 м. Высоты расположения техногенно нарушенных участков горного ландшафта, сформировавшиеся при разработке месторождения колеблются от 650 до 880 м.

Оруденение Кубакинского рудного поля характеризуется невысоким содержанием сульфидов, количество которых не превышает 0.5%. Для обеспечения формирования растительного покрова в июне с помощью гидросеятеля выполняется посев семян многолетних трав и древесно-кустарниковых видов местной флоры и внесение минеральных удобрений согласно, вышеупомянутых экспериментально определенных доз. В середине периода вегетации проводится и подкормка азотными удобрениями из расчета 45 кг на гектар в растворенном виде.

С учетом природно-хозяйственного значения земель до изъятия представляли собой лесные земли и использовались как пастбища северного оленя, а также как охотничьи угодья. Направления рекультивационных работ на ГОК «Кубака» определены как санитарно-гигиеническое и лесохозяйственное. Целью рекультивационных работ является создание противоэрозионных посевов многолетних трав (залужение), формирование на рекультивируемых участках оптимальных условий, содействующих возобновлению естественной древесной и кустарниковой растительности за счет наноса семян из примыкающих природных комплексов. Принцип подхода к восстановительным работам - максимальная адаптация рельефа рекультивируемых площадей к прилегающим природным ландшафтам.

По состоянию на 01.01.20017 г.общая площадь рекультивированных заявленным способом земель по техническому и биологическому этапам в проекции на горизонтальную поверхность на объектах добычного комплекса составила 63,0 га,

При технической рекультивации проводилась санация территорий нарушенных земель от промышленных отходов и выполнялись планировочные работы на отвалах пустых пород и других техногенных объектах, не пригодных для самовосстановления растительности по химическим и физическим свойствам. Мощность наносимого плодородного слоя дифференцируется в зависимости от степени эродированности почв и составляет 20-25 см. При разработке смеси плодородного слоя почвы и потенциально-плодородных пород, транспортировка и размещение на участках, требующих проведения землевания, использовалась типовая горная техника, имевшаяся на предприятии.

При биологической рекультивации внесение удобрений и посев семян с использованием гидросеятеля включает следующие технологические операции:

1. загрузка гидросеятеля семенами и удобрениями;

2. заполнение емкости (танка) водой;

3. передвижение гидросеятеля на участок работ с одновременным приготовлением смеси за счет вращающегося шнека в танке гидроустановки;

4. посев с одновременным внесением удобрений в жидком виде. После завершения посева, в тот же день с помощью цепной бороны на тяге бульдозера или автомобиля повышенной проходимости (Урал, КАМаз), семена заделываются в грунт (прикатываются) в сформированный слой потенциально-плодородного грунта для обеспечения ускоренного формирования почвенно-растительных комплексов на нарушенных участках ландшафта. В зависимости от видовой принадлежности нормы внесения семян могут составлять от 6-7 (овсяницы, мятлики) до 10-15 кг/га (пырейники), древесных видов 0,9-1,0 кг/га, но с учетом суровых климатических условий места проведения работ, возможности потравы животными семян и всходов, для гарантированного формирования устойчивого растительного покрова на участках рекультивации, норма посева может быть увеличена в 1,5-2,0 раза, до вышеупомянутых значений.

Состав рабочей смеси для гидропосева при использовании гидросеятеля типа FINN Т-90 определяется удельными нормами посева семян и внесения минеральных удобрений на 1 га, и удельной производительностью установки за один цикл (0,5 га).

После загрузки гидросеятеля удобрениями и семенами производят его заполнение водой из поверхностного водозабора. Общий объем рабочей емкости составляет 3 м³. После полной загрузки перед началом движения установки включается ее система перемешивания смеси, обеспечивающая растворение удобрений и равномерное распределения семян в объеме смеси. Использование цепной бороны позволяет не менее чем на 80-90% закрывать внесенные на поверхность рекультивационного слоя семена, обеспечивая оптимальный водно-тепловой и агрохимический режим произрастания, и снижение потравы птицами и грызунами. В течение рабочего дня биологическая рекультивация проводилась на площади до 10-12 га нарушенных земель.

Растения успешно проходили стадии всходов, кущения и колошения. Совместно со стерней овса они формируют первичную дернину рекультивационного слоя. Положительное значение имеет подпокровный посев овса, эффективно выполняющий противоэрозионные функции в первый год формирования растительного покрова на нарушенных землях. Результаты работы приведены в табл. 1.

На площадях рекультивации 2015-2017 гг. возросло биоразнообразие восстанавливающихся почвенно-растительных комплексов за счет наноса семян трав и кустарников естественной флоры из прилегающих ненарушенных природных комплексов. В их числе - злаки (большей частью вейники), 2-3 вида кустарниковых ив и особенно активно полынь Гмелина. Отмечен активный процесс стабилизации поверхности рекультивированных участков и формирование растительности, что является главной целью проводимой рекультивации противоэрозионного направления.

Таким образом, экспериментально установлено, что способ может быть использован для рекультивации техногенных образований различного генезиса и заявлен для миниминизации загрязнения природной среды и ухудшения экологической ситуации в районах производства горно-добычных работ. Высокую эффективность применяющихся мероприятий показывает обильное плодоношение и вызревание семян интродуцированных видов. Естественное самовозобновление созданных растительных сообществ обеспечивает формирование устойчивых группировок травянистой растительности и стабилизацию поверхности техногенных объектов.

Основываясь на результатах натурного обследования и анализа экологического мониторинга р. Кубака, термического и геохимического контроля отвалов пустой породы, проводимых в соответствии с утвержденной программой производственного контроля состояния земель и размещения отходов ГОК «Кубака», подтвердена экологическая безопасность и эрозионная устойчивость подготовленных таким образом участков. Сдаваемые основному землепользователю участки рекультивированных земель отвечают существующим требованиям их приемки, пригодны для дальнейшего использования в лесном хозяйстве.