Обоснование технологий горнотехнической рекультивации земель при совмещении с производством вскрышных работ

Кирюшина, Елена Васильевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование технологий горнотехнической рекультивации земель при совмещении с производством вскрышных работ
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологий горнотехнической рекультивации земель при совмещении с производством вскрышных работ"

005058042

На правах рукописи

Кирюшина Елена Васильевна

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ГОРНОТЕХНИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ ПРИ СОВМЕЩЕНИИ

С ПРОИЗВОДСТВОМ ВСКРЫШНЫХ РАБОТ (на примере Канско-Ачинского угольного бассейна)

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 МАЙ 1№

Иркутск - 2013

005058042

Работа выполнена в ФГОАУ «Сибирский федеральный университет» и в учреждении Российской академии наук «Специальное конструкторско-технологическое бюро «Наука» КНЦ СО РАН

Научный руководитель: Зеньков Игорь Владимирович, доктор

технических наук, с. н. с, специальное кон-структорско-технологическое бюро

«Наука», КНЦ СО РАН (г. Красноярск)

Официальные оппоненты: Тальгамер Борис Леонидович, доктор

технических наук, директор института недропользования ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Счастливцев Евгений Леонидович, доктор технических наук, заведующей лабораторией моделирования геоэкологических систем Кемеровского филиала Института вычислительных технологий СО РАН

Ведущая организация: Институт водных и экологических проблем

СО РАН (г. Барнаул)

Защита диссертации состоится « 23 » мая 2013 года в «1300» часов на заседании диссертационного совета Д 212.073.07 при Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, корпус «К», конференц-зал. Факс (3952) 405-104.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет», с авторефератом на официальном сайте университета www.istu.edu.

Автореферат разослан 10 апреля 2013 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, подписанные и заверенные печатью организации, просим высылать по адресу: 664074, г.Иркутск, ул. Лермонтова, 83, ИрГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.073.07 Домрачевой В.А. e-mail: go_gor@istu.edu

Ученый секретарь

диссертационного совета, С^' В.А. Домрачева

д-р техн. наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В 70-90-е гг. прошлого столетия в горном деле получает развитие новое направление хозяйственной деятельности с учетом устойчивого развития общества. К настоящему времени это направление оформилось как «Экологически безопасные, ресурсосберегающие производственные технологии». Это научное направление базируется на трудах академиков РАН В.В. Ржевского и К.Н. Трубецкого, докторов технических наук П.И. Томакова, К.Е. Винницкого, В.А. Галкина, A.M. Демина, В.В. Истомина, А.П. Красавина, М.Е. Певзнера, И.М. Ялтанца, А.Д. Рубана, B.C. Коваленко, М.А. Ревазова, В.А. Харченко, И.М. Щадова, E.JI. Счастливцева, Ю.М. Овешникова, H.H. Чаплыгина, И.В. Зенькова и др. В этом направлении работают научные школы ИПК011 РАН, МГГУ, НИИОГР, ИГД им. A.A. Скочинского, ВНИИОСуголь и др.

В исследованиях просматривается стремление повысить экономическую эффективность горных работ и параллельно снизить их негативное влияние на окружающую природную среду. Вместе с тем, в научном направлении «создание технологий горнотехнической рекультивации земель в условиях их совмещения с производством вскрышных работ» недостаточно изучено прогнозирование комплексных показателей формируемого почвенного слоя для рекультивации породных отвалов и продуктивности земель культурных ландшафтов на основе устанавливаемых природных закономерностей изменения мощности плодородного слоя почвы (ПСП) и потенциально плодородных пород (ППП) в увязке с технологиями ведения вскрышных работ и отвалообразования.

К настоящему времени на крупных разрезах Канско-Ачинского угольного бассейна актуальным становится разработка технологий горнотехнической рекультивации, обеспечивающих высокую продуктивность земель восстанавливаемых культурных ландшафтов и одновременное снижение затрат на ее проведение. Таким требованиям, на наш взгляд, удовлетворяют технологии горнотехнической рекультивации, в которых имеется возможность совмещения работ по формированию почвенного слоя для нанесения его на поверхности породных отвалов с производством вскрышных работ, выполняемых основным горнотранспортным оборудованием.

Целью работы является обоснование технологий горнотехнической рекультивации земель, в которых комплексно обеспечиваются высокие экологические показатели культурных ландшафтов на породных отвалах угольных разрезов и снижение затрат на их обустройство.

Основная идея работы заключается в том, что высокие эколого-экономические показатели рекультивации породных отвалов достигаются за счет нанесения на них почвенного слоя, сформированного при концентрации ПСП в границах карьерного поля и селективной отработке верхнего вскрышного уступа основным горно-транспортным оборудованием в увязке с послойной отсыпкой отвалов.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели использованы: анализ и обобщение данных научно-технической литературы по исследуемому направлению; моделирование и математическое описание процессов; гор-

но-геометрический анализ, аналитический и графо-аналитический методы в исследовании изменения качественных и количественных показателей ПСП; метод оптимизации альтернативных графов при обосновании порядка отработки полигонов снятия ПСП; технико-экономический анализ и др.

Задачи исследований:

1. Провести полевые работы по определению качественных показателей земель и их продуктивности на созданных культурных ландшафтах.

2. Выявить природные закономерности пространственного расположения почвенных слоев на территории горных отводов разрезов.

3. Сделать прогнозные оценки изменения качественных характеристик почвенного слоя, формируемого в ходе горнотехнической рекультивации для его нанесения на породные отвалы.

4. Обосновать технологии горнотехнической рекультивации, обеспечивающие эколого-экономическую эффективность, с позиции их совмещения с комплексом вскрышных работ.

5. Разработать технологии горнотехнической рекультивации земель адаптированные к разрезам Канско-Ачинского бассейна и провести экономическое обоснование их совмещения с производством вскрышных работ.

Научные положения, представленные к защите:

1. Прогнозирование качественных показателей почвенной смеси, формируемой в горнотехнической рекультивации земель при совмещении с отработкой верхнего вскрышного уступа, должно основываться на устанавливаемом в границах карьерных полей изменении мощности продуктивных почвенных слоев в диапазоне 0,25-1,3 м с содержанием гумуса в диапазоне 0,6-10 %.

2. Оценку результатов горнотехнического этапа рекультивации земель при совмещении его с производством вскрышных и отвальных работ необходимо производить на основе прогнозирования изменения содержания гумуса и глинистых фракций в формируемой почвенной смеси в зависимости от высоты верхнего вскрышного уступа и степени изменчивости почвенных слоев на территории месторождения, а также с учетом потерь почв при их размещении в отвале на глубине, недоступной для корневых систем растительности.

3. Высокая продуктивность земель породных отвалов и снижение затрат на их рекультивацию достигается за счет нанесения на их поверхность почвенного слоя, сформированного в технологиях горнотехнической рекультивации земель путем концентрации плодородного слоя почвы в контурах экскаваторных заходок по верхнему вскрышному уступу, селективной его отработки, а также на основе обоснования мест размещения временных складов ПСП в границах карьерного поля, в увязке с послойной отсыпкой отвалов.

Научная новизна:

1. Выявлены особенности пространственного изменения мощности потенциально-плодородных пород на территории разрабатываемых месторождений Канско-Ачинского угольного бассейна в диапазоне 0,3-1,3 м. Установленное изменение мощности ППП определяемое постоянными, экспоненциальными и логарифмическими функциями детализирует информацию о вариации потенциально-плодородных пород и является важнейшей составляющей геоинформацион-

ной базы в прогнозировании изменения качественных показателей формируемого почвенного слоя для нанесения его на породные отвалы при совмещении работ по горнотехнической рекультивации земель с производством вскрышных работ.

2. Раскрыт и обоснован характер изменения качественных показателей почвенного слоя, формируемого при совмещении работ по горнотехнической рекультивации с комплексом вскрышных работ, с учетом пространственного изменения мощности ПСП и ППП, в зависимости от высоты отрабатываемого вскрышного уступа и степени изменчивости почвенных слоев.

3. На основе прогнозирования продуктивности почвенного слоя, наносимого на породные отвалы, разработан новый системный подход к формированию технологий горнотехнической рекультивации земель, который, в отличие от существующих подходов, позволяет формировать рекультивационный почвенный слой путем концентрации ПСП в границах карьерного поля, экскавации и селективной укладки в отвал почвенной смеси, состоящей из ПСП, ППП и суглинков верхнего вскрышного уступа и обеспечивает значительное снижение затрат на обустройство культурных ландшафтов.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается высокой сходимостью результатов теоретических исследований с результатами полевых исследований, проведенных на территориях рекультивированных отвалов; корректным использованием математического аппарата и основных положений теории статистики; использованием результатов исследований в хозяйственной практике; результатами проведенного эксперимента по снятию ПСП на разрезе «Бородинский».

Научное значение работы заключается в обосновании значимости установленных зависимостей изменения качественных показателей почвенного слоя, формируемого в горнотехнической рекультивации земель при ее совмещении с производством вскрышных работ, от мощности плодородного слоя почвы и потенциально-плодородных пород, находящихся в естественном природном состоянии на территории разрабатываемых месторождений при обосновании технологий горнотехнической рекультивации, обеспечивающих высокую продуктивность земель культурных ландшафтов и снижение затрат на их обустройство.

Практическое значение работы заключается в создании методики прогнозирования качественных показателей почвенного слоя, формируемого для нанесения его на породные отвалы в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации с производством вскрышных работ в зависимости от пространственного изменения его мощности и высоты вскрышного уступа; в обосновании структур комплексной механизации работ по проведению горнотехнической рекультивации нарушенных земель при ее совмещении с производством вскрышных работ, обеспечивающей высокие экологические показатели культурных ландшафтов и снижение затрат на их обустройство.

Реализация результатов работы. Результаты исследований используются в ООО «Управление проектных работ» (г. Красноярск) при проектировании технологий рекультивации земель для ОАО «СУЭК-Красноярск», в учеб-

ном процессе в «Сибирском федеральном университете» при подготовке магистров по направлению «Экология и природопользование».

Материалы исследований вошли составной частью в сборник научно-методических материалов Всероссийской конференции «Разработка комплекса технологий рекультивации техногенно нарушенных земель», проводимой Кемеровским государственным сельскохозяйственным институтом в 2011 г. в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России».

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международных и Всероссийских научно-практических конференциях: «Энергетическая безопасность России: новые подходы к развитию угольной промышленности» (Кемерово, 2011); «Разработка комплекса технологий рекультивации техногенно нарушенных земель» (Кемерово, 2011), «Современные технологии освоения минеральных ресурсов» (Красноярск, 2011, 2012), «Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2012).

Личный вклад автора. Диссертационная работа явилась результатом многолетних комплексных исследований, проведенных на территории разрабатываемых месторождений Канско-Ачинского угольного бассейна. Автором сформулированы основные идеи исследований и принималось непосредственное участие в организации и проведении исследований на базе ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет» и ОАО «СУЭК-Красноярск».

Публикации. По материалам исследований опубликовано 17 статей (из них 8 в изданиях ВАК), 1 монография.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 172 наименований, приложений и включает 87 рисунков и 38 таблиц. Общий объем работы 182 страницы.

Автор выражает благодарность научному консультанту И.В. Зенькову за советы и консультации при подготовке диссертации.

Автор также благодарит коллег и ученых, работавших вместе с ним над исследованием проблем, которым посвящена настоящая работа.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен анализ производственного опыта в горнотехнической рекультивации нарушенных земель, проектных решений по проведению рекультивации для угольных разрезов Канско-Ачинского бассейна и научных разработок в исследуемой области. Приводятся результаты полевых работ по исследованию геоэкологических показателей культурных ландшафтов, созданных на угольном разрезе «Бородинский».

Во второй главе приводятся результаты полевых работ по исследованию изменения мощности ПСП и ППП, позволяющие установить основные формы их изменения. Разработана методика прогнозирования качественных показателей формируемого почвенного слоя для нанесения на породные отвалы. Пред-

ставлены результаты исследования изменения качественных показателей формируемого почвенного слоя при валовой отработке верхнего вскрышного уступа в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации земель с производством вскрышных работ.

В третьей главе представлены результаты прогнозных оценок комплексных показателей почвенного слоя, формируемого при селективной отработке верхнего вскрышного уступа, с предварительной концентрацией ПСП во временных складах, места расположения которых, устанавливаются на основе раскройки карьерного поля на секторы.

В четвертой главе проведено обоснование технологии горнотехнической рекультивации земель, комплексно обеспечивающей эколого-экономическую эффективность культурных ландшафтов, создаваемых на породных отвалах. Разработаны рекомендации по проектированию технологий горнотехнической рекультивации для разрезов КАТЭКа. Рассчитано снижение затрат на выполнение работ по горнотехнической рекультивации для разрезов «Бородинский» и «Переясловскнй».

Заключение содержит основные выводы по результатам проведенных исследований.

На основе выполненных исследований обоснованы следующие научные положения, выносимые на защиту:

Природные закономерности изменения мощности почвенных слоев ПСП и ППП в перспективных контурах горных работ угольных разрезов «Бородинский» и «Переясловский» были выявлены в ходе полевых работ, а также с использованием известных статистических методов обработки первичной информации.

Геоинформационная база для аналитических исследований создана путем бурения в почвенных слоях шпуров диаметром 55 мм и глубиной до 0,7 м в количестве 43 420 шт. по сетке, обеспечивающей достоверность определения геометрических параметров форм изменения мощности залежи ПСП. Из них 5230 шпуров пробурены на глубину 2,0 м. В границах карьерных полей разрезов «Бородинский» и «Переясловский» исследовано строение почвенных слоев на площади 4 х1 и 2,45 >¡1,35 км соответственно. Исследования проводились выборочно на площади 15 % территории горных отводов. Установлено, что изменение мощности ПСП находится в диапазоне 0,25-0,6 м, а ППП соответственно в диапазоне 0,3-1,2 м.

Математическая обработка результатов исследований почвенных профилей на участках изменения мощности ПСП и ППП позволила установить вид функций, определяющих вариацию их мощности. Установлено, что изменение мощности по схеме Т-1 (рис. 1а) определяется постоянными функциями вида

у=а при изменении а в диапазоне 0,1-0,4 м для ПСП и для ППП - в диапазоне 0,2-1,2 м. Изменение мощности ПСП и ППП по схеме Т-2 (рис. 16) определяется функциями видау=аех для ПСП при изменении а=0,95-1,0 и при изменении Ь=0,82-0,87, а для ППП при изменении а=2,2-2,6 и при изменении ¿=0,7-0,74. Изменение мощности ПСП по схеме Т-3 (рис. 1в) определяется функциями вида у=а1п(х)+Ь при изменении а=0,233-0,237 и при изменении ¿=0,0269-0,0281, а для ППП при изменении <3=0,75-0,77 и при изменении ¿=0,067-0,072.

В ходе анализа выявлены три формы изменения мощности почвенных слоев, условно обозначенных в работе как Т-1, Т-2 и Т-3 (рис. 1).

Рис. 1. Типизация геометрических форм вертикального изменения мощности почвенных слоев ПСП и ППП

Содержание гумуса установлено для плодородного слоя почвы в диапазоне 8-10 %, а для потенциально плодородных пород - в диапазоне 0,6-1,2 %.

Рассмотрим технологию отработки верхнего вскрышного уступа, на поверхности которого в природном состоянии находятся пластовые залежи ПСП и ППП. Основное горно-транспортное оборудование: на выемке и погрузке горной массы - карьерные мехлопаты типа ЭКГ-6,Зус; ЭКГ-10; ЭКГ-12,5, на ее транспортировании - железнодорожные составы, состоящие из тепловозов ТЭМ-7 и думпкаров 2ВС-105. Параметры экскаваторного забоя определятся типом разрабатываемых пород и линейными параметрами применяемого экскаватора (рис. 2).

Рис. 2. Технологическая схема валовой отработки верхнего вскрышного уступа карьерным экскаватором ЭКГ-12,5

При валовой отработке забоя горная масса в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации земель с производством вскрышных работ будет представлять техногенную смесь, состоящую из четвертичных отложений - суглинков мощностью от 2 до 10 м, плодородного слоя почвы мощностью от 0,25 до 0,6 м, потенциально-плодородных пород мощностью от 0,3 до 1,3 м.

На рис. 3-4 выборочно показано изменение содержания гумуса и глинистых фракций в формируемом почвенном слое в виде рядов 1, 2, 3 и 4, построенных из расчета изменения высоты геометрических фигур {К) и радиусов (Я) по их основанию, определяющих изменения мощности ПСП по вертикали в диапазонах /гхЛ=0,2-0,25х 10-12,5; 0,25-0,3x12,5-15; 0,3-0,35x15-17,5; 0,35-0,4х 17,5-20 м. Изменение мощности пластовых залежей ПСП и ППП принималось на 100 % исследуемой территории.

Высота уступа, м

Ряд1 ~3-Ряд2 РядЗ —*—Ряд4 ]

Рис. 3. Изменение содержания гумуса в сформированном почвенном слое при изменении мощности ПСП и ППП но схеме Т-2 (природное содержание гумуса в ПСП 9 %)

6 8 10 12

Высота уступа, м

Ряд1 Ряд2 -4-РядЗ -Ш-Ряд4

Рис. 4. Изменение содержания глинистых фракций в формируемом почвенном слое при изменении мощности ПСП и ППП по схеме Т-2

Результаты моделирования формирования почвенного слоя при совмещении работ по горнотехнической рекультивации с отработкой верхнего вскрышного уступа, полученные для всего диапазона изменения мощности ПСП и ППП, а также для отдельно взятых основных форм распространения залежи по глубине (Т-1) и их возможных комбинаций (Т-2, Т-3), указали на наличие сле-

дующих тенденции в изменении качественных показателей формируемого почвенного слоя:

- содержание гумуса в среднем находится на уровне 0,2-0,5 % и не превышает 1,0 % при содержании глинистых фракций на уровне 60-66 %;

- с увеличением высоты отрабатываемого вскрышного уступа содержание гумуса в формируемом почвенном слое уменьшается, а содержание глинистых фракций, наоборот увеличивается;

- на содержание гумуса и глинистых фракций в структуре сформированного почвенного слоя оказывает влияние степень изменчивости пластовых залежей ПСП и ППП в границах вскрышной заходки.

2. Оценку результатов горнотехнического этапа рекультивации земель при совмещении его с производством вскрышных и отвальных работ необходимо производить на основе прогнозирования изменения содержания гумуса и глинистых фракций в формируемой почвенной смесн в зависимости от высоты верхнего вскрышного уступа и степени изменчивости почвенных слоев на территории месторождения, а также с учетом потерь почв при их размещении в отвале на глубине, недоступной для корневых систем растительности.

Результаты исследовании изменения качественных показателей формируемого почвенного слоя при совмещении работ по горнотехнической рекультивации с производством вскрышных работ с валовой отработкой верхнего вскрышного уступа показали весьма низкое содержание гумуса и высокое содержание глинистых фракций в сформированном почвенном слое. Это обстоятельство неизбежно приводит к необходимости разработки новых технологических схем, реализация которых позволит существенно - в разы повысить содержание гумуса в почвенном слое, наносимом на поверхности породных отвалов. Увеличение содержания гумуса может быть обеспечено за счет концентрации ПСП в контурах экскаваторных вскрышных заходок по верхнему вскрышному уступу н селективной выемки пород при его отработке. Концентрация ПСП может быть эффективно обеспечена за счет его снятия бульдозером и укладки во временные склады в виде штабелей высотой до 2,0 м.

На рис. 5, 6 показано изменение содержания гумуса, на рис. 7, 8 представлено изменение содержания глинистых фракций в формируемом почвенном слое в виде рядов 1, 2, 3 и 4, построенных из расчета изменения высоты и радиуса основания геометрических фигур, определяющих изменения мощности ПСП по вертикали в диапазонах 0,2-0,25x10-12,5; 0,25-0,3x12,5-15; 0,3-0,35x15-17,5; 0,35-0,4х 17,5-20 м соответственно и условия укладки снимаемого ПСП во временный склад, располагаемый в контурах вскрышной заходки.

На исследуемой территории составляем комбинации изменений мощности ПСП по схемам Т-2 и Т-3 в различных соотношениях. В первой комбинации удельный вес вариации залежи ПСП по схеме Т-2 составит 100 %. Во второй комбинации в 80 % случаев мощность залежи ПСП изменяется по схеме Т-2 и 20 % случаев приходится на изменение по схеме Т-3. В третьей комбинации в 60 % случаев мощность залежи ПСП изменяется по схеме Т-2 и 40 % случаев приходится на изменение по схеме Т-3. Шаг изменения в соотношении схем Т-

2 и Т-3 принимаем равным 20 %. Последняя комбинация будет выглядеть следующим образом - в 100 % случаев мощность залежи ПСП изменяется по схеме Т-3 и на изменение по схеме Т-3 не приходится ни одного случая.

1« о.

0,75 0.7 0,65 0,6 0,55 0,5 0.45 0,4

60/40

40/60

20/80

100/0 80/20

Соотношение площадей с разнящимися характеристиками

0/100

-Ряд]

Ряд2

- РядЗ

-Ряд4

Рис. 5. Изменение содержания гумуса в сформированном почвенном слое при отработке сложно-структурных залежей ПСП и ППП (высота уступа 6 м, природное содержание гумуса 9 %)

К в.

юо/о

80/20

60/40

40/60

20/80

0/100

Соотношение площадей с разнящимися характеристиками

-Ряді

Ряд2

- РядЗ

Рис. 6. Изменение содержания гумуса в сформированном почвенном слое при отработке сложно-структурных залежей ПСП и ППП (высота уступа 10 м, природное содержание гумуса 9 %)

63,5

100/0 80/20 60/40 40/60 20/80 0/100

Соотношение площадей с разнящимися характеристиками

Рис. 7. Изменение содержания глинистых фрикций а сформированном почвенном слое при отработке сложно-структурных залежей ПСП и ПГ1Г1 (высота уступа 6 м)

64,5

60--—------—--------------

100/0 80/20 60/40 40/60 20/80 0/100

Соотношение площадей с разнящимися характеристиками

Рис. 8. Изменение содержания глинистых фракций в сформированном почвенном слое при отработке сложно-структурных шлежей ПСП и ППП (высота уступа 10 м)

Определим потери ПСП с учетом технологических особенностей отсыпки отвалов с использованием железнодорожного и автомобильного транспорта. В расчетах мощность сформированного почвенного слоя, наносимого на отвалы, принималась равной 2 м (табл. 1, 2).

Таблица 1

Потери плодородного слоя почвы в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации с производством вскрышных работ при использовании железнодорожного тра испорти

Соотношение объемов вскрыши, размещаемой на отвале выше и ниже горизонта установки отвального экскаватора Потери ПСП, %

1:1 75

1:2 83

1:3 88

Таблица 2

Потери плодородного слоя почвы в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации с производством вскрышных работ при использовании автомобильного транспорта

Высота отвального яруса, м Мощность рекультиванионного слоя, м Потери ПСП, %

10 2 83

15 2 88

20 2 90

Мощность почвенного слоя принималась равной 2 м, исходя из следующих соображений. Исследованиями установлено, что именно в этой толще происходит основной почвенный влагооборот, обеспечивающий биологический кругооборот в черноземных почвах. Кроме того, нашими и другими исследованиями доказано, что в двухметровой толще почвенного слоя происходит интенсивное развитие корневых систем лесных культур, высаживаемых на породных отвалах.

3. Высокая продуктивность земель породных отвалов и снижение затрат на их рекультивацию достигается за счет нанесения на их поверхность почвенного слоя, сформированного в технологиях горнотехнической рекультивации земель путем концентрации плодородного слоя почвы в контурах экскаваторных заходок по верхнему вскрышному уступу, селективной его отработки, а также на основе обоснования мест размещения временных складов ПСП в границах карьерного ноля, в увязке с послойной отсыпкой отвалов.

В условиях совмещения работ горнотехнического этапа рекультивации с производством вскрышных работ почвенный слой для рекультивации породных отвалов предлагается формировать карьерным экскаватором при селективной

отработке забоя верхнего вскрышного уступа. Для этого предварительно на его верхней площадке создают бульдозером временный склад ПСП. Его высота составляет 2-3 м. Выделение границ забоя, в которых размещен временный склад ПСП, является основой для селективной его отработки. Селективную отработку вскрышного уступа предлагается производить карьерным гидравлическим экскаватором типа прямая лопата с объемом ковша 12-14 м3 в два этапа (рис. 9).

Рис. 9. Технологическая схема формирования почвенного слоя при селективной отработке верхнего вскрышного уступа карьерным гидравлическим экскаватором

Рассмотрим порядок отработки экскаваторного забоя, при котором, на наш взгляд, производится эффективное формирование почвенного слоя для нанесения его на породные отвалы с высоким содержанием гумуса. На рис. 10 объем суглинков, находящийся между плоскостью точек ввода ковша в забой и плоскостью контакта ППП с суглинками, отгружают на первом этапе в первые шесть думпкаров. Этот объем суглинков отгружают совместно с потенциально

плодородными породами и плодородным слоем почвы, находящимися в природном состоянии и ПСП, уложенным бульдозером во временный склад на кровле верхнего вскрышного уступа.

На первом этапе производится экскавация горной массы из центрального сектора забоя. Его ширина равна горизонтальной проекции основания временного склада ПСП. Таким образом формируют почвенный слой, отгружаемый в думпкары с первый по шестой включительно.

При селективной отработке забоя наполнение ковша на первом этапе производят на траектории его движения от плоскости, образуемой точками ввода ковша в забой до пересечения ковша с наклонной поверхностью временного склада ПСП на поверхности верхнего вскрышного уступа за счет одновременного подъема ковша и напора стрелы в направлении к забою (рис. 10). Высота расположения горизонтальной плоскости, образуемой множеством точек ввода ковша в забой по вертикали, принимается равной 3,0 и 4,0 м соответственно для высоты экскаваторного забоя 6-8 и 10-12 м.

Рис. 10. Фрагмент вертикального продольного сечения экскаваторного забоя при селективной отработке верхнего вскрышного уступа

На втором этапе экскаватор отрабатывает левый и правый секторы забоя, находящиеся за контурами горизонтальной проекции основания временного склада ПСП. На этом же этапе производят выемку суглинков, слой которых расположен между основанием - подошвой уступа и горизонтальной плоскостью, образованной точками ввода ковша экскаватора в забой при формировании почвенного слоя на первом этапе (рис. 9, 10).

Горная масса, отгружаемая экскаватором в думпкары с седьмого по двенадцатый включительно, начиная с начала состава, представлена четвертичными отложениями - суглинками. Вскрышу и сформированный почвенный слой размещают в железнодорожном составе таким образом, чтобы на отвале была обеспечена возможность их раздельной укладки в секторы 2 и 3 (рис. 11). В предлагаемой технологии отвалообразования вскрышные породы на первом этапе отсыпают ниже горизонта установки экскаватора впереди по ходу его движения. На втором этапе производят отсыпку вскрыши выше горизонта установки экскаватора в сектор 2 высотой 2,0-2,2 м, а сформированный почвенный слой, состоящий из техногенной смеси ПСП, ППП и суглинков размещают в секторе 3 высотой 1,8-2 м (рис. 11).

Сформированный почвенный слой, состоящий из ПСП, ППП и суглинков (сектор 3)

Контуры предыдущей отвальной заходки

Вскрыша без ПСП и ППГІ (сектор 2)

1 Вскрыша (суглинки) (сектор 1)

Горизонт установки экскаватора

Рис. 11. Схема послойного формирования отвалов с использованием железнодорожного транспорта с отсыпкой сформированного почвенного слоя в приповерхностной части отвала

При совмещении вскрышных работ с работами горнотехнического этапа рекультивации земель необходимо произвести поиск рационального порядка снятия ПСП и мест размещения временных складов снимаемого почвенного слоя в контурах карьерного поля на основе прогнозирования качественных показателей формируемой почвенной смеси для ее нанесения на породные отвалы. Обоснование порядка снятия и мест размещения временных складов ПСП проведем в следующей логической последовательности. Рассмотрим возможные варианты разделения карьерного поля на секторы. Минимальное их количество не может быть менее двух, а максимальное не более шести. Такое деление предлагается исходя из длины экскаваторного блока, принимаемой в диапазоне 500-1500 м при длине фронта горных работ в диапазоне 2,0-3,0 км.

На рис. 12 представлена схема раскройки карьерного поля на пять секторов с размещением временных складов ПСП. При такой раскройке карьерного

поля обеспечивается соотношение объемов вскрыши, отсыпаемой на отвале ниже и выше горизонта установки экскаватора 1:1,2:1 иЗ:1.

В ходе моделирования установлено, что максимальное содержание гумуса в формируемом почвенном слое и минимальные его потери ПСП достигаются при раскройке карьерного поля на пять секторов (рис. 12).

.................

1 *.............■ 1 ———

т 1 1

1 і

...........{.............у т

1 £

1 • т

1 1

' ..... і 1......'

т т. , г

1 1

1 т

Рис. 12. Схема формирования временных складов ПСП с использованием бульдозера при раскройке карьерного поля на пять секторов

Результаты исследований использованы при обосновании технологий горнотехнической рекультивации для разрезов «Бородинский» и «Переяслов-ский» (табл. 4).

Таблица 3

Структура работ по формированию почвенного слоя на угольном разрезе «Бородинский» и характеристики сформированного почвенного слоя

Горнотехнический этап

Вид работ Оборудование Количество

1. Снятие ПСП Бульдозер Котаїш Э155А 1

2. Формирование почвенного слоя ЭКГ-6,Зус; -10;- 12,5 2

3. Транспортировка на отвалы ТЭМ-7; 2ВС-105 4; 40

4. Отвалообразование ЭКГ-10 2

5. Разравнивание Бульдозер Komat.su 0155А 1

Характеристики сформированного почвенного слоя

Показатели Ед. измерения Уровень

1. Содержание гумуса % 3,1-4,8

2. Содержание глинистых фракций % 50-54

3. Потери ПСП % 0

4. Продуктивность почвенного слоя ц/га 80-100

Внедрение результатов диссертационного исследования на разрезах «Бородинский» и «Переясловский» приведет к снижению затрат на проведение горнотехнического этапа рекультивации в размере 137,8 млн. руб. за период с 2011 по 2020 гг. Высокое содержание гумуса в структуре сформированного почвенного слоя обусловливает высокую продуктивность земель создаваемых культурных ландшафтов. Культурные ландшафты, обладающие высокой продуктивностью земель на уровне 80-100 ц/га, обеспечивают вынос минеральной пыли с их поверхности в ветреную погоду в 3-4 раза меньше в отличие от ландшафтов с продуктивностью 30-40 ц/га.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе решена крупная научная задача, связанная с разработкой технологий горнотехнической рекультивации земель, совмещенных с производством вскрышных работ, обеспечивающих высокую продуктивность земель создаваемых культурных ландшафтов на породных отвалах угольных разрезов КАТЭКа и снижение затрат на их обустройство.

По результатам выполненных исследований получены следующие выводы:

1. На территории разрабатываемых угольных месторождений в границах горных отводов разрезов «Бородинский», «Переясловский» по результатам полевых работ установлены формы изменения мощности для потенциально плодородных пород в диапазоне 0,3-1,3 м, геометрические параметры которых определяются постоянными, логарифмическими и экспоненциальными функциями. Цифровые модели почвенных слоев ПСП и ППП, созданные на основе принципов геометризации пластовых залежей, являются необходимой и достаточной информационной основой в прогнозировании качественных показателей почвенного слоя, формируемого в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации земель с производством вскрышных работ.

2. Методика прогнозирования изменения качественных показателей формируемого почвенного слоя, разработанная на основе горно-геометрического анализа, позволяет исследовать изменения качественных и количественных показателей пластовых залежей плодородного слоя почвы и потенциально плодородных почв во всем диапазоне вертикального изменения их мощности, а также с учетом вида функций, описывающих это изменение.

3. В условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации земель с производством вскрышных работ при валовой отработке верхнего вскрышного уступа формируемый почвенный слой характеризуется весьма низкими качественными показателями - содержание гумуса находится в обратной зависимости от высоты уступа в диапазоне 0,2-0,5 %, а глинистых фракций в прямой зависимости от высоты уступа в диапазоне 60-66 %.

Установлено, что качественные показатели определяются степенью изменчивости почвенных слоев на территории горного отвода и формами вертикального изменения их мощности.

4. Доказано, что применение технологических решений, таких как концентрация плодородного слоя почвы в контурах вскрышных заходок, селективная выемка горных пород, имеющих различное предназначение при их укладке в тело отвала, в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации

с производством вскрышных работ позволяет при формировании почвенного слоя существенно повысить его качественные показатели, тем самым создавать культурные ландшафты на породных отвалах с высокой продуктивностью рекультивированных земель на уровне 100 ц/га.

5. Установлено, что порядок снятия ПСП и размещения его временных складов при различной раскройке карьерного поля на выемочные блоки, в условиях совмещения работ по формированию почвенного слоя и работ по удалению вскрышных пород, оказывает значительное влияние на изменение качественных показателей формируемой техногенной смеси для нанесения ее в качестве почвенного слоя на поверхности породных отвалов в ходе горнотехнической рекультивации.

6. Сформированный почвенный слой должен наноситься на поверхность породного отвала мощностью не более 2 м при их послойной отсыпке. Почвы, уложенные в тело отвала на глубину более 2 метров, находящиеся вне досягаемости корневых систем растительности, целесообразно позиционировать в виде технологических потерь, уровни которых могут достигать 70 % и более от объемов почв, находящихся в природном состоянии.

7. В технологиях горнотехнической рекультивации, проектируемых на основе результатов раскройки карьерного поля на выемочные секторы, обоснования мест размещения временных складов снятого ПСП, а также с использованием креативных подходов к селективной отработке верхнего вскрышного уступа обеспечиваются приемлемые качественные показатели формируемого почвенного слоя с содержанием гумуса на уровне 3-5 % и содержанием глинистых фракций на уровне 45-55 %, что адекватно восстановлению породных отвалов с применением технологий, предусматривающих снятие и нанесение плодородного слоя почвы для использования в сельском хозяйстве.

8. Результаты прогнозных оценок изменения качественных и количественных показателей формируемого почвенного слоя и его продуктивности явились основой для разработки технологических схем ведения вскрышных работ в условиях их совмещения с работами по горнотехнической рекультивации земель и для комплектации последних горно-транспортным оборудованием при разработке месторождений Канско-Ачинского угольного бассейна. Разработанный системный подход к проведению горнотехнического этапа рекультивации земель может быть рекомендован для перспективных месторождений КАТЭКа.

9. Для крупных разрезов Канско-Ачинского угольного бассейна «Бородинского» и «Перясловского» выполнено эколого-экономическое обоснование технологий горнотехнической рекультивации земель при их совмещении с производством вскрышных работ. В результате реализации рекомендаций по формированию почвенного слоя на разрезах «Бородинский» и «Переясловский» появляется возможность создания культурных ландшафтов на породных отвалах с высокими качественными показателями почвенного слоя, обладающего высокой продуктивностью, при одновременном снижении затрат на их обустройство на уровне 130-135 млн. руб. за 10-летний период оценки в ценах 2010 года.

Основное содержание диссертационной работы отражено в 18 научных работах общим объемом 12,6 п.л., в том числе в одной монографии ив 17 статьях, из них 8 статей опубликованы в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, выпускаемых в Российской Федерации, рекомендуемых ВАК, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата технических наук:

1. Кирюшина Е.В, Зеньков И.В., Коростовенко В.В. Ресурсосберегающие технологии горнотехнической рекультивации земель на угольных разрезах Красноярского края./ Кирюшина Е.В. и др.; Сибирский федеральный ун-т. Красноярск, 2012.-269 с. (10,0 п. л.).

2. Кирюшина Е.В., Зеньков И.В. Обоснование горнотехнической рекультивации земель для разрезов « Бородинский » и « Переясловский » с учётом экологических целей. Международная научно-практическая конференция «Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов»: Сб. науч. статей / Сиб. гос. индустр. ун-т под общей ред.В.И. Фрянова. - Новокузнецк: Изд. Центр Сиб. ГИУ, 2012 - С. 307. - 311 (0,25 п. л.).

3. Зеньков И.В., Кирюшина Е.В. Обоснование структуры почвообразующего слоя, формируемого в горнотехнической рекультивации земель на разрезах Канско-Ачинского угольного бассейна//Уголь, 2011. 10. - С. 75-78 (0,25 п. л.).

4. Зеньков И.В., Кирюшина Е.В. Прогнозирование результатов горнотехнической рекультивации земель на разрезах Канско-Ачинского угольного бассейна // Уголь, 2011. - № 12. - С. 66-69 (0,25 п. л.).

5. Зеньков И.В., Кирюшина Е.В., Коростовенко В.В. Формирование почвенного слоя в технологиях горнотехнической рекультивации земель на разрезах Канско-Ачинского угольного бассейна // Экология и промышленность России. 2012. - № 1. - С. 50-53 (0,25 п. л.).

6. Зеньков И.В., Коростовенко В.В., Кирюшина Е.В. Использование результатов исследования закономерностей изменения мощности продуктивных почвенных слоев в горнотехнической рекультивации земель // Уголь, 2012. - № 2. -С. 71-74 (0,25 п. л.).

7. Кирюшина Е.В. Технологические основы формирования почвенного слоя при совмещении работ по горнотехнической рекультивации земель с отработкой верхнего вскрышного уступа // Уголь, 2012. - № 4. - С. 73-76 (0,25 п. л.).

8. Зеньков И.В., Кирюшина Е.В. Обоснование ресурсосберегающей технологии горнотехнической рекультивации земель // Экология и промышленность России. 2012. - № 4. - С. 20-23 (0,25 п. л.).

9. Кирюшина Е.В., Зеньков И.В. Технология горнотехнической рекультивации земель для разрезов «Бородинский» и «Переясловский» с учетом экологических целей // Экология и промышленность России. 2012. - № 4. - С. 24-27 (0,25 п. л.).

10. Зеньков И.В., Кирюшина Е.В. Обоснование раскройки карьерного поля в условиях совмещения работ горнотехнического этапа рекультивации с производством вскрышных работ // Уголь, 2012. - № 7. — С. 66-67 (0,125 п. л.).

11. Кирюшина Е.В. Эколого-экономическое обоснование структуры поч-вообразующего слоя, формируемого в горнотехнической рекультивации земель на разрезах Канско-Ачинского угольного бассейна // Разработка комплекса технологий рекультивации техногенно нарушенных земель: Сборник научно-методических материалов Всероссийской научной конференции. Кемеровский ГСХИ. Кемерово, 2011. - С. 53-57 (0,2 п. л.).

12. Кирюшина Е.В. Прогнозирование изменения качественных показателей и потерь почв в горнотехнической рекультивации земель на разрезах Канско-Ачинского угольного бассейна // Разработка комплекса технологий рекультивации техногенно нарушенных земель: Сборник научно-методических материалов Всероссийской научной конференции. Кемеровский ГСХИ. Кемерово, 2011.-С. 57-64 (0,45 п. л.).

13. Зеньков И.В., Кирюшина Е.В. Исследование уровней потерь плодородного слоя почвы и почвообразующих пород в технологиях горнотехнической рекультивации земель на разрезах Канско-Ачинского угольного бассейна // Энергетическая безопасность России. Новые подходы к развитию угольной промышленности: Сборник трудов XIII международной научно-практической конференции. Кемерово: Сибирское отделение РАН, ООО КВК «Экспо-Сибирь», 2011. - С. 145-149 (0,2 п. л.).

14. Технология горнотехнической рекультивации земель для разрезов «Бородинский» и «Переясловский». Сб.научных трудов. Под ред. д.т.н, проф. В.Е. Кислякова. выпуск 10 (ч. 2). Материалы 10 Международной научно-технической конференции, апрель 2012 г. ИПК СФУ. - С. 336-341 (0,25 п. л.).

15. Методические основы определения объемов и прогнозирования изменения качественных показателей почвенных слоев при формировании почвенной смеси в горнотехнической рекультивации земель. Сб. научных трудов. Под ред. д.т.н, проф. В.Е.Кислякова. выпуск 10 (ч. 2). Материалы 10 Международной научно-технической конференции, апрель 2012 г. ИПК СФУ. -С. 341-347 (0,3 п. л.).

16. Селективная отработка экскаваторного забоя при совмещении горнотехнической рекультивации земель с производством вскрышных работ. Сб. научных трудов. Под ред. д.т.н, проф. В.Е.Кислякова. выпуск 10 (ч.2). Материалы 10 Международной научно-технической конференции, апрель 2012 г. ИПК СФУ. - С. 347-350 (0,2 п. л.).

17. Кирюшина Е.В., Зеньков И.В. Технология отработки верхнего вскрышного уступа при совмещении горнотехнической рекультивации земель с производством вскрышных работ. Международная научно-практическая конференция «Наукоёмкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов»: Сб. науч. статей / Сиб. гос. индустр. ун-т под общей ред. В.И. Фрянова. - Новокузнецк: Изд. Центр Сиб. ГИУ, 2012 - С. 304-307 (0,2 п. л.).

18. Рекультивация отвалов на Черногорском угольном месторождении. Современные технологии освоения минеральных ресурсов. Сб. научных трудов. Под ред. д.т.н, проф. В.Е. Кислякова. выпуск 9 (ч. 2). Материалы 9 Международной научно-технической конференции 9-10 сентября 2011 г. ИПК СФУ, 2011.-С. 309-315.

Подписано в печать 15.11.2012. Формат 60 х 90 /16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 110 экз. Зак. 1 Ок.

Лицензия ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кирюшина, Елена Васильевна, Красноярск

ФГАОУ ВПО «СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

КИРЮШИНА ЕЛЕНА ВАСИЛЬЕВНА

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ГОРНОТЕХНИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ ПРИ СОВМЕЩЕНИИ

С ПРОИЗВОДСТВОМ ВСКРЫШНЫХ РАБОТ (на примере Канско-Ачинского угольного бассейна)

Специальность 25.00.36 - Геоэкология (в горно-перерабатывающей промышленности)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук Зеньков Игорь Владимирович

Красноярск - 2012

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В 70-90-е гг. прошлого столетия в горном деле получает развитие новое направление хозяйственной деятельности с учетом устойчивого развития общества. К настоящему времени это направление оформилось как «Экологически безопасные, ресурсосберегающие производственные технологии». Это научное направление базируется на трудах академиков РАН В.В. Ржевского и К.Н. Трубецкого, докторов технических наук П.И. Томакова, К.Е. Винницкого, В.А. Галкина, A.M. Демина, В.В. Истомина, А.П. Красавина, М.Е. Певзнера, И.М. Ялтанца, А.Д. Рубана, B.C. Коваленко, М.А. Ревазова, В.А. Харченко, И.М. Щадова, E.JI. Счастливцева, Ю.М. Овешникова, H.H. Чаплыгина, И.В. Зенькова и др. В этом направлении работают научные школы ИПКОН РАН, МГГУ, НИИОГР, ИГД им. A.A. Скочинского, ВНИИОСуголь и др.

В исследованиях просматривается стремление повысить экономическую эффективность горных работ и параллельно снизить их негативное влияние на окружающую природную среду. Вместе с тем, в научном направлении «создание технологий горнотехнической рекультивации земель в условиях их совмещения с производством вскрышных работ» недостаточно изучено прогнозирование комплексных показателей формируемого почвенного слоя для рекультивации породных отвалов и продуктивности земель культурных ландшафтов на основе устанавливаемых природных закономерностей изменения мощности плодородного слоя почвы (ПСП) и потенциально плодородных пород (lililí) в увязке с технологиями ведения вскрышных работ и отвалообразования.

К настоящему времени на крупных угольных разрезах Канско-Ачинского угольного бассейна актуальным становится разработка технологий горнотехнической рекультивации, обеспечивающих высокую продуктивность земель восстанавливаемых культурных ландшафтов и одновременное снижение затрат на ее проведение. Таким требованиям, на наш взгляд, удовлетворяют технологии горнотехнической рекультивации, в которых имеется возможность совмещения

работ по формированию почвенного слоя для нанесения его на поверхности породных отвалов с производством вскрышных работ, выполняемых основным горнотранспортным оборудованием.

* _ _

следовании изменения качественных и количественных показателей ПСП; метод оптимизации альтернативных графов при обосновании порядка отработки полигонов снятия ПСП; технико-экономический анализ и др.

Задачи исследований:

5. Разработать технологии горнотехнической рекультивации земель, адаптированные к угольным разрезам Канско-Ачинского бассейна, и провести экономическое обоснование их совмещения с производством вскрышных работ.

Научные положения, представленные к защите:

Научная новизна:

менение мощности ППП определяемое постоянными, экспоненциальными и логарифмическими функциями детализирует информацию о вариации потенциально-плодородных пород и является важнейшей составляющей геоинформационной базы в прогнозировании изменения качественных показателей формируемого почвенного слоя для нанесения его на породные отвалы при совмещении работ по горнотехнической рекультивации земель с производством вскрышных работ.

2. Раскрыт и обоснован характер изменения качественных показателей почвенного слоя, формируемого при совмещении работ по горнотехнической рекультивации с комплексом вскрышных работ, с учетом пространственного изменения мощности ПСГТ и ППП, в зависимости от высоты отрабатываемого вскрышного уступа и степени изменчивости почвенных слоев.

3. На основе прогнозирования продуктивности почвенного слоя, наносимого на породные отвалы, разработан новый системный подход к формированию технологий горнотехнической рекультивации земель, который ,в отличие от существующих подходов, позволяет формировать рекультивационный почвенный слой путем концентрации ПСП в границах карьерного поля, экскавации и селективной укладки в отвал почвенной смеси, состоящей из ПСП, ППП и суглинков верхнего вскрышного уступа и обеспечивает значительное снижение затрат на обустройство культурных ландшафтов.

щении с производством вскрышных работ, от мощности плодородного слоя почвы и потенциально-плодородных пород, находящихся в естественном природном состоянии на территории разрабатываемых месторождений при обосновании технологий горнотехнической рекультивации, обеспечивающих высокую продуктивность земель культурных ландшафтов и снижение затрат на их обустройство.

Практическое значение работы заключается в создании методики прогнозирования качественных показателей почвенного слоя, формируемого для нанесения его на породные отвалы в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации с производством вскрышных работ, в зависимости от пространственного изменения его мощности и высоты вскрышного уступа; в обосновании структур комплексной механизации работ по проведению горнотехнической рекультивации нарушенных земель при ее совмещении с производством вскрышных работ, обеспечивающей высокие экологические показатели культурных ландшафтов и снижение затрат на их обустройство.

Реализация результатов работы. Реализация результатов работы. Результаты исследований используются в ООО «Управление проектных работ» (г. Красноярск) при проектировании технологий рекультивации земель для ОАО «СУЭК-Красноярск», в учебном процессе в «Сибирском федеральном университете» при подготовке магистров по направлению «Экология и природопользование».

но нарушенных земель» (Кемерово, 2011); «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» (Новокузнецк, 2012);

Публикации. По материалам исследований опубликовано 17 статей (из них 8 в изданиях ВАК) и одна монография.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 172 наименования, приложений и включает 87 рисунков и 38 таблиц. Общий объем работы 182 страницы.

Автор выражает благодарность научному консультанту доктору технических наук И.В. Зенькову за советы и консультации при подготовке диссертации.

Автор также благодарит коллег и ученых, работавших вместе с ней над исследованием проблем, которым посвящена настоящая работа.

Глава 1. Современное состояние и обзор изученности проблем в горнотехнической рекультивации земель

1.1. Характеристика производственной деятельности и геологического строения карьерных полей разрезов Канско-Ачинского угольного бассейна

Добыча угля открытым способом

С позиции роста объемов открытой угледобычи весьма перспективным угледобывающим регионом является Красноярский край. На его территории возможен объем добычи угля от 77 до 340 млн. т в год. Балансовые запасы бурого угля оцениваются в 600 млрд. т. Конкретные объемы добычи угля в Кан-ско-Ачинском бассейне в перспективном периоде будут определяться исходя из потребности в этих углях. На федеральном уровне активно ведется работа по экономической оценке возможностей значительного наращивания объемов добычи энергетических углей в Канско-Ачинском бассейне - до 340 млн. т. В этом случае уголь будет сжигаться на тепловых станциях, «на борту разреза», и произведенная электроэнергия по сетям будет доставляться потребителям [92].

В юго-восточных районах Красноярского края расположены крупные разрезы, входящие в тридцатку крупнейших предприятий в угольной отрасли: «Бородинский», «Переясловский», «Канский», «Ирбейский» [46, 123]. Годовой объем добычи угля находится в диапазоне 2,0-18,0 млн.т.

Геологическое строение карьерных полей разрезов

Геологическое строение карьерных полей разрезов «Бородинский», «Березовский», «Назаровский», «Переясловский», «Канский», «Ирбейский» в целом обладает некоей схожестью с различием в количестве и мощности промышленных угольных пластов. В диссертационной работе ниже подробно представлено геологическое строение карьерного поля разреза «Бородинский», характеризующееся максимальной сложностью [92, 94, 96, 97].

Верхний плодородный слой почвы мощностью до 0,6 м, представленный серыми лесными и черноземными почвами, используется в рекультивации нарушенных земель (рис. 1.1).

Четвертичные отложения - (швО - в пределах карьерных полей представлены в основном аллювиально-деллювиальными образованиями, сплошным чехлом перекрывающими коренные породы. Представлены они суглинками, глинами, супесями. В речных долинах четвертичные отложения представлены песками и галечниками. Мощность отложений изменяется в диапазоне от 0,5 до 15-20 м.

Алевролиты светло-серого, серого и темно-серого с зеленоватым оттенком, косо- и пологоволнистой, реже линзовидной слоистости залегают в виде слоев различной мощности. Мощность в верхних маломощных междупластиях изменяется от 0,5 до 3 м, а в нижних - от 0,5 до 5 м. На отдельных разведочных линиях мощность слоев алевролитов повышается до 8-9 м (твг)-

Юрские угленосные отложения, представляющие промышленный интерес, в пределах Рыбинской впадины широко распространены и занимают площадь

-у

около 5500 км . К нижнему отделу юры относится переясловская свита, к среднему отделу - камалинская и бородинская свиты. В юрских отложениях выделена из состава камалинской свиты четвертая иланская свита, которая относится к нижнему отделу и залегает на отложениях переясловской свиты.

Бородинская свита (^Ьг)- Нижняя безугольная часть свиты представлена слоистыми песчаниками, реже алевролитами мощностью 40-60 м. Верхняя угленосная часть цикла мощностью до 140 м характеризуется преобладанием в разрезе углей (до 52 %) и подчиненным количеством песчаников (25 %) и алевролитов (18 %).

Аргиллиты и гравелиты встречаются очень редко. Максимальная мощность свиты в центральной части Бородинской мульды составляет 170 м.

изводством работ, согласно действующему законодательству, разрез должен произвести снятие находящегося на территории горного отвода плодородного слоя почвы (ПСП) и затем нанести его на созданные поверхности внутренних и внешних отвалов. В структуре нарушаемого земельного фонда продуктивные земли сельскохозяйственного назначения (пашни, сенокосы, пастбища) имеют удельный вес 75-85 %.

Снятие почвенного слоя производят чаще всего тяжелыми бульдозерами, реже гидравлическим экскаваторами типа «обратная лопата» с емкостью ковша 1,2-1,6 м , и одновременно этими же механизмами ПСП укладывают в бурты, откуда через непродолжительное время его отгружают в транспортные средства и вывозят на места нанесения или последующего хранения [41].

К настоящему времени на разрезах «Бородинский», «Переясловский» в буртах хранятся на протяжении нескольких лет более 1,0 млн. м снятого ПСП. Свободных площадей для его нанесения не имеется, не появятся они и в ближайшие годы. По нашей оценке, с 2011 по 2015 гг. этот объем увеличится до 1,5-2,0 млн. м3 [46, 66].

Объекты рекультивации

На территории Канско-Ачинского бассейна разрезы восстанавливают нарушенные земли по следующим направлениям: сельскохозяйственное, лесохо-зяйственное, и лишь в некоторых случаях угольные предприятия создают техногенные водоемы или рекреационные площадки. При сельскохозяйственном направлении в центре внимания находится плодородный слой почвы (ПСП), снятый в контурах горного отвода с целью его нанесения на поверхности породных отвалов. При лесохозяйственном направлении посадка лесных культур произво

Информация о работе

Кирюшина, Елена Васильевна
кандидата технических наук
Красноярск, 2013
ВАК 25.00.36

Диссертация

Обоснование технологий горнотехнической рекультивации земель при совмещении с производством вскрышных работ - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы