К вопросу о рекультивации отвалов горнодобывающего предприятия «Черногорская угольная компания»

Введение. Проблема загрязнения окружающей среды возникла в связи с развитием промышленного производства. Особую остроту эта проблема приобрела во второй половине 20-го века, в период обширного развития угледобывающей промышленности. Горнодобывающая промышленность находится на 2 месте по вредности из всех отраслей промышленности. Воздействие большинства горнодобывающих предприятий - это распространение их на значительно большие территории, негативные воздействия на ландшафты и среду обитания человека. Карьерные выработки, вскрышные отвалы расположены в непосредственной близости от густонаселенных городов и районов и являются постоянным источником эмиссий, газопылевых выбросов. Значительная часть земель была выведена из сельскохозяйственного оборота. Для возращения этих земель в целевое назначение проводится ряд мероприятий. Одно из таких мероприятий рассматривается в данной работе.

Целью работы является выбор и обоснование способа проведения рекультивации вскрышных отвалов на горнодобывающем предприятии «Черногорская угольная компания».

Для достижения цели последовательно решались следующие задачи.

1. Анализ производственной деятельности предприятия и природных условий местности.

2. Анализ различных методов рекультивации, применяемых на Черногорском угольном разрезе.

3. Обоснование способов проведения рекультивации вскрышных пород.

Объект и методы исследования. Объектом исследования явилась производственная деятельность предприятия ООО «Черногорская угольная компания», связанная с нарушением земель. Предметом исследования стали методы рекультивации вскрышных отвалов Черногорского угольного разреза. В ходе исследований использовались сравнительно-аналитический метод и метод статистической обработки данных.

Результаты и обсуждения. Черногорское каменноугольное месторождение расположено на левобережье реки Енисей, вблизи устья реки Абакан. По административному делению входит в состав Усть-Абаканского района Республики Хакасии. Ближайшими населёнными пунктами является город Черногорок -12 км северо-восточнее разреза и город Абакан - 23 км на восток. Географическое положение месторождения определяется координатами 53°50' - 53°40' северной широты и 91°02' - 91°26' восточной долготы. Черногорское каменноугольное месторождение граничит с разрезом «Степной», разрезом «Абаканский», шахтой «Хакасская», шахтой «Енисейская».

Рельеф поверхности месторождения мелкосопочный с абсолютными отметками 360-414 метров. Постоянных водостоков на площади разреза нет. Климат района резко континентальный с холодной зимой и жарким засушливым летом. Среднегодовая температура воздуха колеблется от 2°С до -1°С. Абсолютный минимум температур составил -43, 8°С (декабрь 1966 года), абсолютный максимум 36°С (июнь 1970 года). Толщина снежного покрова не превышает 20 см. Снеговой покров неустойчив и в отдельные зимы полностью отсутствует. Максимальная глубина сезонного промерзания почвы 3 метра. Многолетняя мерзлота отсутствует. Среднегодовое количество осадков 245 - 295 мм, из них в летний период 221-258 мм (апрель - октябрь). Преобладающее направление ветров юго-западное и северное. Средняя скорость 4-9 м/с, максимальная 20-30 м/с (обычно юго-западные ветра). Сейсмичность района 6 баллов. Гидрографическая сеть района представлена реками Абакан и Енисей, расположенными на расстоянии 12 - 20 км от месторождениями.

Исходя из горно-геологических условий, на разрезе применяется комбинированная система разработки. Шесть верхних вскрышных уступов разрабатываются экскаваторами ЭКГ - 8КУ, ЭКГ-8И, ЭКГ - 8У, ЭКГ-12, 5 по транспортной схеме с использованием железнодорожного транспорта. По бестранспортной схеме, экскаваторами ЭШ - 10.70А и ЭТТ Т - 20.90, вскрываются пласты Великан 2, Гигант 1 и Гигант 2, причём пласты Гигант 1 и Гигант 2 отрабатывались с отставанием на одну заходку по сравнению с другими пластами.

Почвы вскрываемых площадей разреза представлены в основном каштановыми карбонатными тяжело- и среднесуглинистыми почвами, черноземами южными малогумусными обычно солонцеватыми с укороченным гумусовым горизонтом. Средняя мощность гумусового горизонта - 0,25м. Содержание азота-0,168-0,342 %, фосфора-1,4-2,65 мг на 100 г почвы, калия - 1,85 - 30 мг на 100 г почвы. Почвообразующие породы представлены четвертичными суглинками и аллювиальными отложениями средней мощностью до 2 м [1].

На качество почв могут влиять дождевые и талые воды, формирующиеся на поверхностях, занятых отвалами. Дождевые и талые воды с отвалов дренируют через отвалы и частично скатываются на рельеф. Также источниками воздействия на почвы являются взвешенные вещества, образующиеся при пылении автодорог и отвалов, сложенных вскрышными породами. Для предотвращения пылевыделения от автодорог технологией предусмотрен их полив в летнее время. Загрязнения почвы возможно только вблизи дорог и отвалов т.к. перенос взвешенных частиц на большие расстояния незначителен и им можно пренебречь. Специфических и вредных веществ, которые могли бы вымываться или выноситься из вскрышных пород, нет кроме взвешенных частиц. Следовательно, отвалы не будут оказывать вредного воздействия на почвы. ООО «Черногорская угольная компания» как и любое горнодобывающее предприятие, осуществляющее открытую разработку месторождения полезных ископаемых, оказывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду, заключающееся в изменении ландшафта, изъятии земель, занятых сельхозугодиями.

Параметры рельефа согласно техническим условиям после выполнения технической рекультивации должны быть следующими: предельные уклоны для пашни - 3°, для кормовых угодий-7 °; допустимая глубина понижений для пашни - 0,1 м, для кормовых угодий - 0,15м; предельный угол откоса отвалов - 35°. Самозарастание отвалов после горнотехнической рекультивации в климатических условиях сухих степей Усть-Абаканского района является длительным процессом и с хозяйственной точки зрения себя не оправдывает. Кроме того, разрушающаяся поверхность отвалов становится источником загрязнения атмосферного воздуха пылью, газами эндогенных пожаров, и в конечном итоге негативно влияет на окружающую среду. В связи с этим, разработаны мероприятия по биологической рекультивации, которые должны обеспечить не только уменьшение загрязнения пылью и устранение пожаров, но и благоприятствовать восстановлению природных биогеоценозов и экологического равновесия природных экосистем [2] . ООО «Черногорская угольная компания» расположено среди сельскохозяйственных угодий совхоза «Красноозерный», земли которого используются под пашни и кормовые угодья, почвенно-растительный слой которых составляет 0,25 м. Почвообразующие породы, средняя мощность которых составляет 1,5-2,0 м, представлены суглинками, супесью и песком. Многолетняя мерзлота в районе отсутствует. Максимальная глубина сезонного промерзания не превышает 2,7 м . Потенциально-плодородный слой служит в качестве подстилающих пород при восстановлении нарушенных площадей.

ООО «Черногорская угольная компания» как и любое горнодобывающее предприятие, осуществляющее открытую разработку месторождения полезных ископаемых, оказывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду, заключающееся в изменении ландшафта, изъятии земель, занятых сельхозугодиями, нарушении гидрогеологического режима. Породы вскрыши, отрабатываемые по бестранспортной схеме, размещаются во внутренние отвалы, на поверхности которых располагаются бульдозерные отвалы, принимающие автомобильную вскрышу. Железнодорожная вскрыша вывозится как на внешний, так и на внутренний отвалы. Такое отвалообразование позволяет существенно сократить количество изымаемых земель.

В соответствии с техническими условиями на рекультивацию предусматриваются следующие направления восстановления земель: в период эксплуатации осуществляется снятие плодородного слоя почвы мощностью 0,2 м и потенциально-плодородного слоя мощностью 1 м с площади 1105 га и нанесение их на спланированные поверхности отвалов; откосы отвалов, и транспортные бермы отвалов оставляются под естественное самозарастание общей площадью 437 га; остаточные выработки оставляются под засыпку вскрышными породами, вывозимыми с резервных участков Черногорского каменноугольного месторождения.

Поскольку в период строительства и освоения проектной мощности разреза наличие спланированных площадей недостаточно для нанесения всего снимаемого плодородного слоя, появляется необходимость в его складировании. Склады плодородного слоя располагаются в районах выездных траншей. В целях предохранения складированного плодородного слоя от ветровой эрозии предусматривается засевание поверхности складов многолетними травами.

Транспортная связь объектов рекультивации осуществляется по существующим технологическим и вспомогательным автодорогам, сеть которых обеспечивает подъезд к любому участку и объекту рекультивации. Специальные санитарные требования и требования по созданию техногенного рельефа при выборе направления рекультивации нарушенных земель, а также ограничения отвалов по высоте техническими условиями не предусмотрены.

Всего по проекту плодородные грунты снимаются с площади, равной 1105 га, при этом объем плодородного слоя составит 2210тыс м³, потенциально-плодородного слоя-11050тыс м³. Весь объем плодородных грунтов используется для нанесения на спланированную поверхность отвалов. Всего восстановлению подлежит 1493 га нарушенных площадей, из них 776 га восстанавливается под кормовые угодья,717-под пашню. Кроме того,437 га оставляется под естественное самозарастание.

Работы, связанные с восстановлением нарушенных земель, выполняются сезонно с марта по ноябрь включительно. Ввиду малых объемов рекультивационные работы в течение сезона выполняются периодически по мере необходимости.

На окончательно сформированных площадях, на которых не предусматривается дальнейшее отвалообразование, осуществляется грубая планировка бульдозерами ДЗ-132-1, через 1,5-2 года после этого осуществляется чистовая планировка и нанесение потенциально-плодородного и плодородного слоев.

В.И. Щербатенко и Р.Е. Кондрашиным [3] сделана попытка проанализированы проблемы естественного самозарастания отвалов Черногорского угольного разреза породные отвалы представленные песчаниками, алевролитами, углистыми аргиллитами и пирогенными конгломератами в условиях высокой континентальное™ с годовой суммой атмосферных осадков 270 мм должны зарастать естественным путем очень медленно. На карьерном участке №6 только через 12-14 лет растения образовали парейно-полынные группировки с участием льнянки обыкновенной, клоповника мусорного, лебеды, солянки русской.

На более высоком отвале, достигающем 35м карьерный участок № 6 (бис) растительность почти совсем отсутствовала и лишь на нижней трети откосов отмечены редкие пятна растительности примитивных группировок: лебеды, клоповника, солянки русской, доминирование и роль в закреплении поверхности откосов от эрозии и накопления биомассы и гумусообразовании ничтожна.

Биологическая рекультивация, помимо чисто хозяйственной выгоды, должна обеспечить сохранение и воспроизводство таких продуктов биосферы, как чистый воздух, чистая вода, флора, фауна, создающие необходимые санитарно-гигиенические и эстетические стандарты жизни и деятельности людей.

В соответствии с постановлением Совмина СССР от 2 июня 1976 года №407 « О рекультивации земель», которое никто еще не отменял, изданы основные положения о рекультивации нарушенных земель при разработке месторождений полезных ископаемых и торфа, проведении изданы основные положения о рекультивации нарушенных земель при разработке месторождений полезных ископаемых и торфа, проведении геологоразведочных, строительных и других работ. Но применение их в конкретных условиях требует специфического подхода.

Установлено, что после завершения горнотехнического этапа рекультивации поверхности отвалов Черногорского угольного разреза базовый уровень плодородия грунтов остается очень низким. Отвальные породы, представляющие в основном углистые аргиллиты (10- 15% углевода), алюмосиликаты сланцы (обожженные коренные породы), алевролиты характеризуются высокой способностью к выветриванию, сравнительно быстро превращаются в песочно-суглинистые, иногда с пластинчатой макроструктурой, фракции, податливой к водной и ветровой эрозиям. Углистые органические вещества, входящие в состав аргиллитов и остатки углей, хотя и содержат в себе соединения азота, фосфора и калия, однако количество их оказывается крайне недостаточным для потребности растений.

В течение нескольких лет очень тонкая прослойка молодых почвенных образований отвалов, созданная за счет биологической и биохимической трансформации углистых включений и других веществ, содержащих минеральную пищу, постоянно накапливает составляющие гумуса, но этот процесс протекает медленно и ежегодное накопление органического вещества оказывается ничтожным.

Вскрышные полигоны угольных разрезов представлены в основном каштановыми карбонатными, обычно солонцеватыми почвами с укороченным гумусовым горизонтом, от 12 см и меньше, нередко с выходами на поверхность почвообразующих пород. В этом случае селективное разделение почвенного (плодородного) и почвенного (потенциального плодородного) слоев существующими механизмами становится не только нецелесообразным, но просто невозможным.

Поверхность отвала после горнотехнической рекультивации совсем теряет гумусовый плодородный слой, а весь горизонт (40 - 50 см) формируется светло-серыми или палевыми суглинками, супесями, перемешанными с более грубым материалом-элювием. Все это сильно ослабляет начальные (стартовые) возможности фитомелиоративного процесса.

Разрушающая поверхность отвалов становится источником загрязнения, пылью, газами пирогенных пород воздушного пространства, водных бассейнов и в конечном итоге негативно влияет на здоровье людей.

Самозарастающая рекультивация становится очень длительным процессом и с хозяйственной точки зрения в климатических условиях сухих степей Усть-Абаканского района себя не оправдывает.

Важным документом, выражающим результаты биологической рекультивации, является паспорт плодородия почвы участка (поля), в котором этот участок признается сельскохозяйственным угодьем (землей сельскохозяйственного назначения), со всеми стандартами на основные элементы плодородия и ксенобиотики (тяжелые металлы, радиоактивные вещества и др.).

Для примера можно представить паспорт плодородия участка №4 «Юго-Западный» Черногорского угольного разреза, составленный на фактических данных обследования. Разработка паспорта плодородия рекультивируемого участка - операция не разовая. Для составления этого документа используются сведения об участке после проведения на нем горнотехнического этапа рекультивации, а затем - по завершению всех работ, связанных с биологической рекультивацией. Данный паспорт плодородия почвы участка № 4 «Юго- Западный» представлен на фактических данных.

На каждом месторождении затраты на биологическую рекультивацию нарушенных земель определяются конкретными условиями, которые находят отражение в проектах.

Станцией агрохимической службы «Хакасская» проведён и принят нормативный коэффициент эффективности сельскохозяйственной рекультивации, равный 0,06 (17 лет) без учёта социально - экономической и социально -экологической эффективности этого мероприятия. Надёжность и успех биологической рекультивации будет зависеть от уровня технической оснащённости, обеспеченности посевным и посадочным материалом, технологической дисциплиной и качеством выполнения всех работ (табл. 1).

Таблица 1

Состав посадочного материала, завезённый для биологической рекультивации

Таким образом, не досажено саженцев согласно проекту оказалось 6 000 шт., (30 %); погибло, не прижилось, запахано, раздавлено колёсами тракторов, автомашин, засохло без полива 7 560 шт. (38 %); осталось в живых и плодоносит 6 440 шт. растений облепихи (32 %) .

Изученность вопроса возделывания древесных и кустарниковых растений на отвалах вскрышных пород при угледобыче в условиях сухой степи, где ранее эти породы не произрастали, крайне слабая.

Для определения абсолютной эффективности рекультивации земель с последующим их использованием в сельском хозяйстве необходимо проведение расчетов чистой продукции. М.Б. Витт [4] приходит к выводу, что самые высокие затраты наблюдаются в том случае, когда территории осваиваются под пашню и самые низкие тогда, если территории оставлены под самозарастание.

Разработка месторождений полезных ископаемых открытым способом оказывает значительное воздействие на окружающую среду, при котором изменяется естественный круговорот веществ и энергий, динамика природных процессов, структура и продуктивность биосистем. Прежде всего, это проявляется в изменениях ландшафтов, гидрогеологического, гидрохимического, гидробиологического и климатических режимов. Происходит интенсивное перераспределение химических элементов, захватывающих большое пространство; образуются геохимические аномалии. Масштабы этих изменений зависят от масштабов разработки и периода времени эксплуатации месторождения. Освоение месторождения сопровождается неизбежным техногенным воздействием на все компоненты окружающей среды.

Организация рационального природопользования предполагает:

- необходимость выполнения экологических требований при отработке месторождения, разработку комплекса мероприятий по охране окружающей среды и восстановлению нарушенных экосистем.

При открытых разработках угля наиболее актуально рассматривать загрязнение окружающей среды породами вскрышных отвалов, поскольку от вымывания и выветривания взвешенных частиц происходит загрязнение атмосферы, почвы и воды.

Остаточные выработки оставляются под засыпку вскрышными породами, вывозимыми с резервных участков Черногорского каменноугольного месторождения. В течении трех лет отвалы были покрыты травяной растительностью, прижились деревья. На отвале № 4 (Юго-западном) создали сенокосно-пастбищные угодья. Отвал (Подтеррасный), на котором производилось облесение древесно-кустарными насаждениями привело к смягчению климата, и предотвращению ветровой и водной эрозий. Наиболее приемлемый и эффективный метод биологической (сельскохозяйственной) рекультивации нарушенных земель искусственного заращивания. Был впервые рассмотрен на Черногорском угольном разрезе, в дальнейшем по аналогичному методу представляется возможность осуществлять подобного рода окультивирование отвалов и карьеров с достаточно высоким качеством и продуктивностью рекультивированных полей, превышающих продуктивность естественных угодий до проведения на них добычи полезных ископаемых.

Литература:

1. Николаенко В.Б. Биологическая рекультивация техногенных Ландиавтов и охрана окружающей среды // Международный сельскохозяйственный журнал, 1983, 3 6 с. 69-71.

2. Материалы взяты из Проекта ООО Черногорской угольной компании.

3. Положение угольной промышленности в России. Вопросы экономики, 1996. - 104 с.

4. Витт М.Б. Экономические проблемы рекультивации земли. - М.: Стройгездат, 1980. - 112 с.