ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2013, № 3, с. 216-223
ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПРИРОДНЫХ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
УДК.624.131
ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ГИДРООТВАЛОВ И ХВОСТОХРАНИЛИЩ ГОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
© 2013 г. И. В. Егорова, В. А. Астапова
Московский государственный горный университет, Ленинский проспект,
д. 6, Москва, 119991 Россия. E-mail: opticalvision@rambler.ru E-mail: vikkiau@mail.ru
Поступила в редакцию 07.12.2011 г.
Рассмотрены геоэкологические аспекты рекультивации хвостохранилищ и гидроотвалов, реализация которых позволяет повысить эффективность последующего использования восстановленных намывных структур для нужд сельского хозяйства и промышленности.
Ключевые слова: хвостохранилище, гидроотвал, рекультивация, намывной массив, пылеподав-ление.
В намывных сооружениях горных предприятий РФ - хвостохранилищах и гидроотвалах - размещено более 5 млрд. м3 отходов обогащения полезных ископаемых (хвостов) и около 1.5 млрд. м3 вскрышных пород - водонасыщенных техногенных отложений. Отрицательное воздействие гидроотвалов, хвостохранилищ, шламохранилищ на окружающую среду выражено в изменении природного ландшафта, в загрязнении воздушного бассейна, во влиянии на режим и характеристики подземных водоносных горизонтов, а также в возможных изменениях химического состава воды в хвостохранилищах [2, 4].
Наиболее значительный опыт рекультивации намывных горно-технических сооружений накоплен в бассейне КМА, где около 5 тыс.га занято гидроотвалами и хвостохранилищами. Рельеф и типы почв территории КМА позволяют вести горные работы без нарушения баланса земель, находящихся в сфере сельскохозяйственного использования. Ландшафтно-экологические исследования в различных регионах страны привели к признанию необходимости комплексного подхода к реконструкции и оптимизации техногенных ландшафтов.
Размещение вскрышных пород в оврагах и балках, значительная часть территорий которых непригодна или малопригодна для сельскохозяй-
ственного использования, позволяет после проведения рекультивационных мероприятий улучшить структуру земельного фонда благодаря созданию новых плодородных площадей и повышению продуктивности эродированных участков, прилегающих к действующим горным предприятиям. Объем овражно-балочной сети, расположенной на удалении 5-10 км от горных предприятий КМА, составляет свыше 5 млрд. м3.
Условия рекультивации гидроотвалов благодаря геометрическим формам намывных массивов не требуют больших планировочных работ, что значительно упрощает горнотехнический этап рекультивации. Однако при укладке в гидроотвалы тонкодисперсных, разжиженных грунтов формируются мощные намывные толщи, отличающиеся весьма низкой несущей способностью и слабой водоотдачей. Производство работ на поверхности таких массивов возможно лишь по истечении длительного времени или после выполнения специальных инженерных мероприятий. Главными мероприятиями при этом являются удаление воды из прудковой части как гидроотвала, так и хвостохранилища, а также организация стока атмосферных осадков. Невыполнение этих простых мероприятий может привести к задержке последующего использования рекультивированных площадей.
Реализация мероприятий по дальнейшему использованию гидроотвальных площадей позволяет сократить изъятие новых земель для нужд промышленности и строительства.
Горнотехнический этап рекультивации включает: снятие, транспортирование и складирование гумусового слоя почв с площадей, занимаемых гидроотвалом; транспортирование и нанесение гумусового слоя почв мощностью 0.5 м на поверхность гидроотвала после окончания намывных работ; транспортирование и покрытие слоем лесовидных суглинков или чернозема мощностью 0.3 м откосов и берм упорной призмы гидроотвала; глубокое (1-2 м) перемешивание уложенных на упорной призме суглинков с подстилающими их песками.
Биологический этап рекультивации включает в себя: фитомелиорацию почвенного слоя рекультивируемой поверхности посредством выращивания многолетних трав на протяжении 5 лет; закрепление откосов и берм упорной призмы многолетними травами с трехлетним периодом их выращивания.
Принципиальное значение имеет поэтапное выполнение рекультивации крупных гидроотвалов, предусматривающее одновременное выполнение в различных секциях (ограниченных разделительными дренажными призмами) укладки гидровскрыши и различных стадий рекультива-ционных работ [1,3].
Рекультивационные работы на гидроотвале можно рассмотреть на примере рекультивации внутренних зон гидроотвала "Березовый Лог". После разделения секций с помощью отсечных призм на карты намыва укладывали фильтрующую подушку мощностью 3 м. Намыв подушки осуществляли безэстакадным способом. В качестве материала подушки использовали как пески (около 9 млн. м3), так и отходы рудообогащения (более 8 млн. м3). Одновременно выполняли работы по горнотехнической рекультивации нескольких карт, в которых последовательно укладывали пористый штамп, защитный слой суглинка мощностью до 1 м и слой чернозема мощностью до 0.5м. Очередность укладки чернозема и планировочных работ с применением колесной и гусеничной техники в различных секциях устанавливали на основе данных прогнозных расчетов несущей способности слоев тонкодисперсных грунтов и оперативного геомеханического контроля с применением аэрофотограмметрической съемки и комплексного зондирования.
Основные технологические параметры подготовительных работ - годовая производительность гидровскрышных комплексов по тонкодисперсным грунтам и фильтрующим материалам, геометрические размеры дренажных элементов и секций, скорости формирования дренажных элементов и секций. Определены также зависимости изменения технологических параметров от числа секций, величины недомыва гидроотвала при начале секционирования АН, высоты гидроотвала в рассматриваемой точке Ня и др.
После размещения на территории гидроотвала "Березовый Лог" чернозема для нужд сельского хозяйства сдано около 700 га земель, засаженных многолетними травами. После окончания рекуль-тивационных работ площадь пахотных земель составила 788 га, прирост - 328 га (было изъято 460 га пашни).
Проектные отметки заполнения гидроотвала принимали с учетом остаточной осадки Бр, т.е. разности между общей стабилизированной осадкой ^ и осадкой на момент завершения намыва (ЦЕ -полная степень уплотнения намытого слоя):
Бр = 5*(1 - Ц.).
Продолжительность периода стабилизации осадок для намывных массивов значительно больше, чем для отвальных насыпей из подобных грунтов. Наиболее интенсивная осадка отвальных насыпей (> 0.8 происходит в первые два года после их формирования. Поэтому считается целесообразным окончательную планировку поверхности отвала осуществлять через два года с последующим нанесением почвенного слоя. Для прогноза уплотнения отвальных насыпей преимущественно используют эмпирические данные. Рекультивационные работы на поверхности намывных массивов, в пределах которых созданы дренажные элементы, можно начинать практически сразу после завершения намыва сооружений до проектных отметок.
С целью предупреждения эрозионных процессов на восстанавливаемых (рекультивируемых) намывных территориях окончательный контур поверхности внутренних зон следует принимать с учетом остаточных осадок, определяемых расчетным путем. Величины остаточных осадок учитываются при формировании слабовыпуклого (обеспечивающего сток дождевых и талых вод) техногенного рельефа и определении положения и глубины сети дренажных канав [2].
Организацию поверхностного стока на рекультивированной поверхности осуществляют как
6 1 7 4 3 2
Формирование гидроотвала с внутренним прудом-аккумулятором: 1 - фильтрующие линзы; 2 - внешняя ограждающая дамба; 3 - внутренний пруд-аккумулятор; 4 - разделительная дамба; 5 - намывные тонкодисперсные грунты; 6 - фильтрующее ядро; 7 - фильтрующий слой, соединяющий плавающую дренажную призму и разделительную дамбу; 8 - естественное основание.
созданием уклона, так и с помощью вертикальных водосбросных колодцев, ливнестоков, перепадов и т.д. Невыполнение проекта рекультивации в части создания поверхностной дренажной сети привело к частичному заболачиванию территории внутренних зон гидроотвала "Березовый Лог" и задержке вовлечения восстановленной территории в сферу сельскохозяйственного использования.
При рекультивации гидроотвала Лебединского ГОКа в "Балке Чуфичева" требуемая несущая способность намывного массива (рдоп > 0.15 МПа) обеспечивается созданием песчаных дренажных призм и отсечных дренажных дамб, поэтому нецелесообразно создание фильтрующей подушки.
Для сокращения сроков отчуждения земель в пределах балки Чуфичева выделено три секции, в которых складирование гидровскрыши и рекультивацию осуществляют поэтапно. При этом учитывают площадь и ценность изъятых земель, длительность отчуждения, ценность и площадь рекультивированных территорий.
Профиль рекультивационного яруса должен обеспечить перехват сточных вод с прилегающих территорий для предотвращения водной эрозии, а также исключить образование застойных зон (благодаря стоку ливневых и паводковых вод) и смыв плодородного слоя. Требуемый уклон поверхности 0 < I < 3° [3].
Уклон пляжа намыва суглинка 12—18'. При средней ширине гидроотвала 750 м высота пере-мыва составит 1.875 м с учетом укладки защитного слоя из суглинка от дренажной призмы к естественной поверхности.
Порядок работ по горнотехнической рекультивации гидроотвала в "Балке Чуфичева" приведен ниже.
1. Для аккумуляции ливневых и паводковых вод с прилегающих территорий в верхней части
балки создают емкости (район с дефицитом осадков) путем возведения отсечных дренажных дамб. Аккумулированную воду используют для полива полей. При откачке воды из аккумулирующих емкостей создается напор, равный разности отметок воды в гидроотвале и емкости, значительно сокращается путь горизонтальной фильтрации воды из ядерной зоны гидроотвала и форсируется процесс консолидации намывных тонкодисперсных толщ (рисунок) [3].
2. От упорной призмы к отсечным дамбам пио-нерно-торцовым способом намывают дренажную призму, которая являе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.