Горнотехническая рекультивация нарушенных земель (на примере ОАО "Кемма")

Данная территория характеризуется континентальным климатом, для которого характерно теплое лето с периодически повторяющимися засушливыми периодами. Зима, в свою очередь, продолжительная и холодная.

В состав лесостепной зоны входят Аргаяшский, Каслинский, Красноармейский, Кунашакский, Сосновский, Уйский и Чебаркульский административные районы Челябинской области. Территория данной зоны характеризуется умеренно теплым вегетационным периодом. Сумма эффективных температур выше десятиградусного уровня составляет 2000-23000С. Этот период продолжается 120-130 дней с 9-10 мая до 12-15 сентября. Заметно короче безморозный период, который составляет 100-110 дней, а на почве температура без заморозков бывает 90-105 дней.

Годовое количество осадков превышает 400 миллиметров. Гидротермический коэффициент по Г.Т. Селянинову (1957) в весенне-летний период составляет 1,2-1,4. Запасы влаги в метровом слое почвы к концу мая составляют 140-170 миллиметров.

В середине ноября устанавливается устойчивый снежный покров, который в этот момент достигает высоты 30-40 сантиметров и сохраняется 150-160 дней.

Таким образом, северная лесостепь Челябинской области по климатическим условиям является благоприятной для развития земледелия. Благодаря высокой степени обеспеченности всех сортов зерновых культур теплом и влагой, существует возможность развивать высокопродуктивное полевое и луговое кормопроизводство, а также молочное и мясное животноводство на его основе. Также существует возможность развития овощеводства и картофелеводства. Этому способствует климат и близко расположенные крупные промышленные центры.

2001 год характеризовался, как довольно благоприятный, если его показатели сравнивать со средне многолетними.

В мае 2001 года при достаточно высоких среднесуточных температурах (140С), осадки распределились равномерно с преобладанием в конце месяца и составили в среднем 31,3 мм. Это, наряду с достаточно большими запасами влаги.

Июнь и июль 2001 года отличались температурами превышающими среднемноголетние значения как по декадам, так и в целом по месяцам, но благодаря достаточно большому количеству прошедших дождей (июнь - 113,5 мм, при среднемноголетнем - 52,0 мм; июль - 55,5 мм, при среднемноголетнем - 82 мм) засухи характерные для этих месяцев, были исключены.

В августе 2001 года не происходило резкого понижения среднесуточных температур воздуха, даже в третьей декаде. Температура оставалась на уровне 16-180С. Осадки, хотя и незначительно, превысили обычное для этого месяца количество и составили - 79,4 мм.

Гидротермический коэффициент по Селянинову составил 1,38.

2.2 Почвенный покров и почвы

Почвенный покров территории северной лесостепи Челябинской области определяется развитием дернового, солончаково-солонцового и подзолистого процессов почвообразования, поэтому для этой подзоны характерно разнообразие почв.

На территории обладают черноземы выщелоченные, на долю которых приходится примерно 17% общей площади, 45,5% пахотных земель и 34,6% сельскохозяйственных угодий. Значительная доля почвенного покрова приходится на серые лесные осолоделые почвы (соответственно 13,6; 15,3 и 13,0%), меньшее распространение имеют черноземы солонцеватые (2,4; 5,9 и 4,6) (А.П. Козаченко, 1997).

На долю солонцов в почвенном покрове приходится 112,6 тыс. га или 11,5% всей площади сельскохозяйственных угодий. Доля солонцов в пашне составляет 77 тыс. га и сосредоточены преимущественно в Красноармейском и Кунашакском районах.

Лучшими пахотными землями не только в подзоне, но и в области являются черноземы выщелоченные. Они обладают мощным перегнойным горизонтом (30-40 см) с содержанием гумуса от 6 до 9%. Реакция почвенного раствора благоприятна для роста и развития всех сельскохозяйственных культур, так как слабокислая или близка нейтральной. Однако содержание доступного растениям фосфора в черноземах бывает недостаточным для получения высоких урожаев.

В зависимости от процессов минерализации и нитрификации азотистых соединений в почве содержание азота различно. В большинстве случаев черноземы обеспечены калием.

Второе место по распространению занимают серые лесные осолоделые почвы. Они формируются в условиях периодического промывного водяного режима. В отличие от серых лесных оподзоленных почв этот подтип находится в ближайшем соседстве с солонцеватыми черноземами и солонцами и имеет с ними генетическую связь - возникает в процессе осолодевания ранее солонцовой почвы. Сходные свойства у серых лесных оподзоленных и осолоделых почв: кислая реакция почвенной среды, низкие запасы питательных веществ и плохие физические свойства (А.П. Козаченко, 1997).

В комплексе с черноземами выщелоченными встречаются черноземы обыкновенные, солонцеватые и неполно развитые, а также солонцы. Черноземы характеризуются повышенным содержанием карбонатов в нижней части перегнойного горизонта, содержание гумуса в слое 30-40 см колеблется от 4,9 до 9,8%. Солонцеватые черноземы содержат значительное количество обменного поглощенного натрия.

В восточных районах лесостепи расположены солонцы. Они наиболее распространены в Красноармейском районе, особенно на территории ТО «Сугоякское», «Бродокалмакское», «Шумовское», «Алабугское». Солонцы в этих районах по глубине залегания солонцового горизонта и мощности горизонта А относится к глубоким и малонатриевыем, по химизму засоления - к сульфатным, хлоридно-сульфатным, сульфитно-хлоридным и реже садовым. Глубина залегания грунтовых вод на пашне составляет 3-6 м, поэтому здесь солонцы лугово-степные.

Таким образом, в почвенном покрове северной лесостепной зоны Челябинской области наблюдается разнообразный перечень почв с различной степенью плодородия: от почвы с высоким естественным плодородием (такие как черноземы выщелоченные и обыкновенные) до почв, которые требуют мероприятий по повышению естественного плодородия, с помощью, например, мелиоративного вмешательства. Также на территории северной лесостепи расположены естественные месторождения полезных ископаемых, например, таких как месторождения элювия порфиритов. Для того чтобы использовать такие земли в народном хозяйстве, необходимы мероприятия по улучшению их естественного плодородия, а вернее мероприятия по их восстановлению, то есть рекультивация.

2.3 Гидрогеологическая характеристика месторождения

Северо-Круглянское месторождение элювия порфиритов расположено в 14 км к северо-востоку от города Челябинска, по административному делению относится к Красноармейскому району Челябинской области.

Границами месторождения являются: на севере - железнодорожная ветка Челябинского металлургического завода, на юго-востоке - линия тектонического разлома, на западе и северо-востоке - условная линия, проведенная по контуру разведочных скважин.

Месторождение связано с Челябинским кирпичным заводом № 1 - асфальтированным шоссе, расстояние транспортировки глины по существующим автодорогам - 15 км.

Абсолютные отметки поверхности месторождения варьируют в пределах 220 - 240 м. Площадь месторождения имеет слабый уклон к югу и юго-востоку, в сторону оз. Первого. В 0,5 км к юго-востоку от месторождения находится оз. Круглое, в 1 км к юго-востоку расположены оз. Первое, Второе, Третье и Четвертое.

Климат района резко континентальный, с продолжительной холодной зимой и жарким коротким летом. Среднегодовая температура лета составляет + 2о при максимальной среднемесячной + 29о и минимальной - 36о.

Среднегодовое количество осадков составляет 300 - 400 мм, из которых наибольшее количество приходится на февраль - март и август - сентябрь месяцы. Мощность снегового покрова достигает 45 - 50 см. Глубина промерзания составляет - 1,7 м.

Северо-Круглянское месторождение элювия порфиритов характеризуются простыми гидрогеологическими условиями и весьма слабой степенью обводненности пород.

В районе месторождения установлен горизонт грунтовых вод, приуроченных к осадочно-вулканогенной толще нижнего карбона. Пройденными скважинами вскрыта только часть данного водоносного горизонта на глубину 12 - 19 м. Водовмещающие породы во вскрытом разрезе являются - щебенистая зона коры выветривания порфиритов, вскрытая мощность водоносных пород от 0,2 до 0,7 - 8.0.

Подземные воды имеют безнапорный характер, являясь по своему типу грунтово-трещинными и лишь в случае значительной мощности перекрывающей толщи водоупорных глин приобретают местный небольшой напор. Залегание статистических уровней на площади месторождения колеблется от 4 до 10 м от поверхности земли.

Абсолютные отметки зеркала подземных вод составляют - 219 - 236 м.

Режим горизонта определяется инфильтрацией температур атмосферных осадков. С наступлением положительных температур происходит подъем уровня до 1,1 м., продолжающийся до конца мая. С конца мая начинается постепенное снижение уровня.

Однако, непосредственной взаимосвязи между выпавшими атмосферными осадками и уровнем подземных вод не наблюдается. Это объясняется наличием довольного мощного водоупорного слоя глин (4 - 10 м), залегающего в кровле горизонта.

Основное направление подземного потока на участке месторождения, как и вообще в районе его расположения, с запада на восток.

Местным базисом эрозии, очевидно являются оз. Круглое и Первое, удаленные от месторождения соответственно на 500 и 1000 м.

Превышение описываемого водоносного горизонта относительно озер Круглое и Первое составляют соответственно 11 и 17 м.

Увеличение водопритока в карьер за счет инфильтрации вод озер Круглое и Первое не предполагаются на расстояние 500 - 1000 м и наличия водоупорного слоя глин, мощностью 4 - 10 м, в кровле водоносного горизонта.

3. Результаты исследований

3.1 Задачи и основные положения горнотехнической рекультивации

Техно-рабочий проект горнотехнической рекультивации нарушенных земель на карьере элювия порфиритов Северо-Круглянского месторождения Челябинского кирпичного завода № 1 составлен согласно техническому заданию и договору от 23 марта 1973 года с Челябинским управлением промстройматериалов.

Техно-рабочий проект горнотехнической рекультивации составлен в соответствии с «Основными положениями по восстановлению земель, нарушенных при разработке месторождений полезных ископаемых, проведении геологоразведочных, строительных и других работ» от 30 июня 1971 года. А также в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации от 23 февраля 1994 года «Основные положения о рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы».

При составлении проекта использованы некоторые общие положения «Временных инструктивных указаний и технических нормативов по восстановлению (рекультивации) территории открытых угольных разработок Челябинского бассейна», действующих на территории Челябинской области.

Проектом предусматривается горнотехническая рекультивация всей отрабатываемой площади карьера Северо-Круглянского месторождения элювия порфиритов, расположенного в Красноармейском районе Челябинской области, в 14 км от города Челябинска, на землях совхоза Петровский.

Техно-рабочим проектом приняты за основу основные технические условия проведения горнотехнической рекультивации, выданные Челябинским областным управлением сельского хозяйства, согласно которым необходимо привести нарушенные земли в состояние, пригодное в перспективе для посадок защитных зеленых насаждений (лесопосадок). Предварительное (в ходе разработки месторождения) снятие почвенно-растительного слоя и временное хранение его в специальных отвалах с последующим использованием в ходе рекультивационных работ. Создание искусственного водоема с зеркалом 1,5 - 2,0 га в юго-восточной (пониженной) части карьера с целью сбора грунтовых и поверхностных вод с площадки выемки. Выполаживание бортов карьера, выравнивание и планировка дна карьера с учетом создания искусственного рельефа, превышающие уровень грунтовых вод и дренажа с общим уклоном в юго-восточной части (к водоему). Нанесение почвенно-растительного грунта на спланированное дно карьера.

Техно-рабочий проект горнотехнической рекультивации согласован с техно-рабочим проектом разработки, поскольку оба вида работ намечается производить одним и тем же оборудованием, при совмещенном режиме работ, хозяйственным способом.

Общая площадь рекультивируемых земель - 105 га.

Основными исходными материалами при составлении проекта явились:

отчет о детальной разведке Северо-Круглянского месторождения элювия порфиритов в Красноармейском районе Челябинской области, проведенной Челябинским геолог разведочным трестом Уральского ТГУ;

техно-рабочий проект разработки Северо-Круглянского месторождения элювия порфиритов, составленный Уральским КГЭ;

технические условия на составление техно-рабочего проекта горнотехнической рекультивации Северо-Круглянского месторождения элювия порфиритов, выданные Челябинским областным управлением сельского хозяйства;

техническое задание на состояние техно-рабочего проекта горнотехнической рекультивации Северо-Круглянского месторождения элювия порфиритов, выданное Челябинским облуправлением промстройматериалов.

3.2 Выбор способа горнотехнической рекультивации

Основными исходными данными при выборе способа горнотехнической рекультивации, согласно техническим условиям, выданным Челябинским управлением сельского хозяйства и техно-рабочему проекту на отработку месторождения, составленным Уральским КГЭ, явились:

приведение нарушенных земель в состояние, пригодное в перспективе для посадок зеленых защитных насаждений; с учетом создания искусственного рельефа, превышающего уровень грунтовых вод; с последующим нанесением на спланированную поверхность почвенно-растительного грунта;

создание искусственного водоема в пониженной части карьера с целью сбора грунтовых и поверхностных вод с площади выемки и предотвращения заболачивания рекультивируемой площади.

По техно-рабочему проекту разработки месторождения отрабатываемая площадь карьера должна составить - 96,8 га с выемкой запасов в объеме 7316,3 тыс. м3, в том числе - 6151,7 тыс. м3 выше уровня грунтовых вод и 1164,6 тыс. м3 - ниже уровня грунтовых вод.

Поскольку мощность полезной толщи непостоянна и имеет резкие перепады, дно отработанного карьера будет представлять собой поверхность, изрытую воронками и оставленными целиками.

При этом понижение части выработок будут заполнены водой.

Кроме того, значительная площадь водосбора 96,8 га дополнительно пополнит водный баланс, ввиду невозможности их сброса за контуры месторождения, так как ближайшие озера: Круглое - в 0,5 км и озеро Первое в 1 км - являются источниками питьевого водоснабжения, а озеро Второе, Третье и Четвертое расположены на значительном расстоянии (от 3 до 12 км) и отделены от месторождения различными наземными коммуникациями (автодорогами, железными дорогами, газопроводами и т.д.).

Следует также отметить, что в процессе отработки значительных площадей уровень грунтовых вод несколько понизится, однако при выполнении ре культивационных работ уровень грунтовых вод может вновь восстановиться до прежних отметок в зависимости от используемого грунта.

Общая площадь отработанного карьера будет представлять неправильную квадратную форму со стороной 15 км, с бортами высотой от 4,5 до 15 м под углом отработки 600.

Площадь квадрата будет иметь уклон в юго-восточном направлении, согласуясь с общим уклоном местности.

Исходя из вышеизложенного, для выполнения горнотехнической рекультивации необходимо:

Заполнить выработанное пространство карьера:

До уровня грунтовых вод в объеме 1164,6 тыс. м3 грунтами, не оказывающими агрессивности на окружающую среду, в том числе и на будущие зеленые насаждения;

С учетом амплитуды колебания грунтовых вод, равной 1,1 м, дополнительно в объеме 1100 тыс. м3 грунтами, являющимися почвообразующими, с использованием в полном объеме вскрышных пород и почвенно-растительного слоя, а также срезки целиком и выполаживания бортов.

Обеспечить сбор поверхностных вод со всей выработанной площади 96,8 га с устройством водосборника.

Учитывая основные исходные данные, горнотехнические условия отработки и последующей рекультивации, отсутствие в непосредственной близости от карьера свободных грунтов, в предварительной стадии проектирования было проработано несколько вариантов горнотехнической рекультивации, один из которых явился наиболее простым и экономичным как с точки зрения отработки запасов, так и выполнению работ по восстановлению нарушенных земель.

Настоящим проектом предлагается вариант отработки запасов Северо - Круглянского месторождения - отработка запасов, расположенных выше уровня грунтовых вод.

Внешний вид отработанных участков до рекультивации, после рекультивации, а также земель, восстановление которых происходит естественным путём показан в приложениях 1-4.

Таблица 1 - Вариант отработки и рекультивации Северо-Круглянского месторождения элювия порфиритов

Страницы: 1, 2, 3, 4