Рекультивация открытого способа добычи полезных ископаемых

Карьерные выемки и отвалы образуются при добыче строительных материалов и полезных ископаемых открытым способом. Вскрышные породы, выносимые на поверхность земли и складируемые в виде насыпи, называются внешними отвалами. Вскрышные породы, отсыпаемые внутри карьера, называются внутренними отвалами. Глубина карьерных выемок определяется мощностью, расположением и глубиной залегания пласта. Высота отвалов регламентируется проектом разработки месторождения и проектом рекультивации нарушенных земель.

Добыча полезных ископаемых проводится в течение длительного времени, поэтому рекультивация горных выработок и отвалов включается в технологическую схему разработки месторождения и осуществляется постоянно, по мере сработки пласта. Основными работами, проводимыми при создании рекультивационной поверхности отвалов, являются планировка и землевание. Землевание выполняют снятым почвенным слоем или потенциально плодородными породами. Землевание поверхности откосов скальных отвалов осуществляют с помощью грунтомета, способного выбрасывать фрезерованный грунт на расстояние до 35 м.

Для создания на рекультивационной поверхности отвала растительного покрова используют гидропосев многолетних трав, рабочая смесь которого может включать воду, почву, опилки, семена, небольшие дозы минеральных удобрений, пленкообразующие материалы и т.д.

Озеленение поверхности отвалов с помощью многолетних трав и древесно-кустарниковой растительности, подобранной для конкретных условий, ослабляет эрозионные процессы, повышает устойчивость откосов и ускоряет образование многоярусных сообществ биоты.

По пригодности для проведения биологической рекультивации без предварительного землевания вскрышные породы объединены в следующие группы:

– непригодные по химическому составу породы, содержащие сульфиды и токсичные соли свыше 2%, имеющие рН менее 3.5;

– непригодные по физическим свойствам – трудно выветриваемые, скальные и полускальные породы;

– мало пригодные породы по химическому составу, имеющие рН = 3.5…5.5 и сумму легко растворимых солей в пределах 1…2%;

– мало пригодные по физическому и химическому составу – быстро выветривающиеся сланцы, сильно уплотненные, сцементированные породы;

– пригодные потенциально плодородные породы – подпочвенные горизонты зональных почв.

При добыче полезных ископаемых в зонах избыточного переувлажнения формирование рекультивационной поверхности проводится одновременно с созданием благоприятных гидрологических и гидрогеологических условий внутренних отвалов. Планировка поверхности отвалов выполняется с уклонами, необходимыми для организации поверхностного стока, а при наличии близких грунтовых вод – для строительства открытой осушительной сети. Конструкции осушительной сети принимаются в зависимости от направления использования нарушенных земель.

Рекультивация гидроотвалов начинается на 6…8 год после окончания их намыва. За этот период они стабилизируются, подсыхают и частично покрываются растительностью. Гидроотвалы, построенные в балочных понижениях, представляют собой переувлажненные территории, водный режим которых складывается при участии вод отвала, притока поверхностных и грунтовых вод с водосбора. Регулирование водного режима таких территорий осуществляется с помощью водных (гидротехнических) мероприятий.

Рекультивация гидроотвала включает культуртехнические работы и создание растительного покрова в зависимости от принятого направления использования. Землевание и планировка обычно на таких отвалах не проводится, так как они сложены из потенциально плодородных пород и имеют выровненную поверхность. Поверхности гидроотвалов вскрышных пород, построенных в дамбах обвалования, планируются с уклонами, устойчивыми против эрозии.

Гидроотвалы, образованные из отходов обогащения руд на обогатительных фабриках, называются хвостохранилищами. По химическому составу отходы обогащения имеют существенное различие, которое определяется набором химических элементов в горных породах и способом обогащения (гравитация, флотация, магнитная сепарация и т.д.). Отвалы отходов зарастают очень медленно из-за сильной эрозии, высокой токсичности и недостатка влаги. Поэтому хвостохранилища преимущественно используются в санитарно-эстетических целях и лишь при наличия резерва почвенного слоя – в лесохозяйственных и сельскохозяйственных целях. Основными работами технической рекультивации являются планировка, экранирование, землевание, противоэрозионные мероприятия, регулирование водного режима, очистка дренажных вод. Биологическая рекультивация включает стимулирование дикорастущей растительности, посев многолетних трав и посадку древесно-кустарниковой растительности.

Объектами, подобными хвостохранилищам, являются золоотвалы, образующиеся в результате гидроскладирования отходов от сжигания каменного угля в тепловых электростанциях. Эти отходы также сложны по химическому составу и не всегда имеют благоприятный водный режим для естественного зарастания. Рекультивация золоотвалов выполняется по схемам аналогичным рекультивации хвостохранилищ, но непременно с учетом химического состава золы, местных природно-климатических условий и возможности ее последующего использования для производства строительных изделий, материалов, удобрений и т.д.

Для отвалов, содержащих токсичные соли, можно рекомендовать схему рекультивации, разработанную лабораторией охраны природы Оренбургского сельскохозяйственного института. По этой схеме на породы отвала наносят нейтрализующий слой извести дозой 10 т/га, затем создают глинистый экран толщиной 15 см, дренирующий песчаный слой толщиной 30 см. Далее наносят 60-ти см слой супесчаных или суглинистых грунтов в качестве почвообразующей породы и затем почвенный слой толщиной 20…30 см – для посева сельскохозяйственных культур или 50 см – для древесных растений.

Использование отвалов в строительных целях определяется сроком их отсыпки (намыва). На глинистых грунтах строительство начинается через 10…5 лет, на песчаных грунтах – через 2…5 лет, на отвалах обогатительных фабрик – через 2…10 лет. При отсыпке отвалов без технологического уплотнения строительные работы могут начинаться через 5 лет.

В отличие от отвалов вскрышных пород рекультивация карьерных выемок проводится не только в лесохозяйственных и сельскохозяйственных целях, но и в водохозяйственных, рыбохозяйственных и рекреационных целях. Это, в первую очередь, карьеры строительных материалов или другие отработанные месторождения, не имеющие в бортах токсичных пород.

Карьерные выемки после выработки ископаемых пород могут быть сухими, переувлажненными и затопленными водой. Поэтому обводненность карьера обязательно учитывается при выборе направления рекультивации.

Сельскохозяйственное использование карьера возможно, если площадь дна карьера более 2 га; имеется резерв почвы (содержание гумуса более 2%) для землевания; дно карьера сложено из потенциально плодородных пород; грунтовые воды нетоксичны и не засолены; существует естественная дренированность, обеспечивающая глубину грунтовых более 0.8 м, или условия для создания осушительной сети, кроме того карьер должен быть недалеко от населенного пункта.
Лесохозяйственное использование карьера (противоэрозионного и водорегулирующего назначения) возможно при условиях: наличия резерва почвы (содержание гумуса более 1%) для землевания; дно карьера сложено из потенциально плодородных пород; грунтовые воды нетоксичны и не засолены; находятся на глубине более 0.6 м или можно провести осушение; карьер расположен далеко от населенного пункта.

Для рекреационного использования карьера (водоем для спортивного рыболовства и купания) нужны следующие условия: вода в карьере отвечает рыбохозяйственным и санитарно-гигиеническим нормам; площадь водоема более 15 га (исходя  из условий, что наименьшая площадь для купания – 5 га, для  рыболовства – 10 га); есть возможность создания глубины воды для купания более 2 м, а для рыборазведения и рыболовства – 0.5…2 м; удовлетворены требования воспроизводства рыбы (площадь водоема с глубиной 0.15…0.5м должна составлять 20%, а с глубиной 0.5…2.0м – 80%); удаленность карьера от населенного пункта не влияет на данное направление использования.