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

1

2

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

ГОРНОТЕХНИЧЕСКАЯ РЕКУЛЬТИВАЦИЯ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ (НА ПРИМЕРЕ ОАО «КЕММА»)

Содержание

Введение

1. Литературный обзор

1.1 Задачи и направления рекультивации

1.2 Рекультивация земель, расположенных вне городской зоны

1.3 Рекультивация нарушенных земель в городской черте

2. Условия проведения исследований

2.1 Погодные и климатические условия

2.2 Почвенный покров и почвы

2.3 Гидрогеологическая характеристика месторождения

3. Результаты исследований

3.1 Задачи и основные положения горнотехнической рекультивации

3.2 Выбор способа горнотехнической рекультивации

3.3 Организация и календарный план работ

3.4 Технологическая схема и организация рекультивационных работ, проводимых в 2001 году

4. Экономическая оценка горнотехнической рекультивации земель

5 Безопасность жизнедеятельности

5.1 Охрана труда

5.2 Охрана природы

Выводы и предложения

Литература

Введение

Рост промышленного производства и увеличение численности населения приводит к интенсификации негативного влияния на окружающую среду. Под влиянием развития промышленности произошли заметные изменения в поверхностной части атмосферы и в первую очередь в почвенном слое земли.

На современном этапе научно-технического прогресса в связи с развитием промышленности охрана природы и рациональное использование природных ресурсов становится одной из важнейших задач общества. Особое значение приобретает проблема рационального использования земельных ресурсов.

Горнодобывающая промышленность в нашей стране характеризуется возрастающими объемами добычи полезных ископаемых. Выполнение поставленных задач перед горной промышленностью возможно за счет строительства новых предприятий и реконструкции существующих. Основной рост объемов добычи полезных ископаемых осуществляется за счет развития прогрессивного открытого способа ведения горных работ.

К негативным последствиям открытых разработок относится изъятие значительных земельных площадей из сельскохозяйственного оборота и их нарушение при ведении горных работ, изменение гидрогеологических условий района ведения горных работ и его ландшафтов, развитие эрозионных процессов, а также перемешивание пород с выносом на поверхность неплодородных и даже токсичных пород.

При отвалообразовании вскрышные породы, как правило, отсыпают без учета пригодности их для рекультивации, а при формировании внешних отвалов не всегда учитывают требования рационального земледелия.

В процессе горного производства образуются и быстро увеличиваются площади, нарушенные горными разработками, отвалами пород и отходов переработки, которые в свою очередь представляют собой бесплодные поверхности, отрицательно влияющие на окружающую природную среду.

Все нарушенные земли являются опасным источником заражения больших площадей токсичными элементами и тяжелыми металлами в формах, доступных для животных и человека. И эти геохимически нарушенные земли часто значительно (в несколько раз) превышают площади механически разрушенных почв и грунтов.

Горное производство является самым природоемким. В его процесс вовлечены все виды природных ресурсов: недра, земля, леса, вода, атмосфера. Одни эксплуатируются, другие нарушаются, вызывая те или иные экологические последствия.

По состоянию на 01.01.2002 год на территории Челябинской области нарушено 27926 га земель, в том числе при разработке месторождений полезных ископаемых, переработке и проведении геологоразведочных работ - 23048 га, а при торфоразработках - 319 га, строительстве - 4505 га.

Отработано 6817 га. Снято и заскладировано 4517 тыс. м³ плодородного слоя почвы.

463 организации и предприятия разных отраслей народного хозяйства в соответствии с технологией производства работают с нарушением плодородного слоя почвы.

В 2001 году нарушено 197 га земель.

Рекультивированно 422 га, с том числе под:

· пашню - 23 га;

· другие сельскохозяйственных угодья - 175 га;

· под лесные насаждения - 142 га;

· под водоемы и другие цели 82 га.

На цели восстановления земель, предотвращения эрозии и улучшения качества земель было использовано 126 тыс. м³ плодородного слоя почвы. Не во всех отраслях народного хозяйства рекультивация проводится на должном уровне и в установленные сроки (по данным экологического комитета Челябинской области).

Финансовые трудности предприятий ограничивают возможности проведения работ по восстановлению нарушенных земель.

Анализ нарушенных земель на территории Челябинской области позволяет сделать вывод, что в структуре нарушенных земель большой удельный вес занимают земли, которые принадлежат предприятиям добывающей промышленности, черной и цветной металлургии (56,6%). Эти нарушенные представлены выемками, провалами поверхности на шахтных полях, отвалами отработки разрезов, шахт и карьеров.

Карьеры по добыче общераспространенных строительных полезных ископаемых для собственных нужд (щебня, песка, глины), основными землепользователями которых являются сельскохозяйственные акционерные общества и товарищества, занимают 3235 га или 11,6% от общей площади нарушенных земель (Р.П. Скопина, 1984).

Целью работы являлось изучение проведения горнотехнической рекультивации земель нарушенных предприятиями, ведущими добычу полезных ископаемых открытым путем.

В задачи исследований входило:

· выбрать способ рекультивации;

· изучить организацию и календарный план работ;

· оценить экономические затраты на проведение рекультивации 2001году.

Литературный обзор

1.1 Задачи и направления рекультивации

Рекультивация земель - (от латинского re - приставка, означающая повторность, возобновление и средне - вековое латинское cultivo -обрабатываю, возделываю). Комплекс работ по восстановлению продуктивности и народнохозяйственной ценности земель, улучшению условий окружающей среды. Нарушение земель происходит при разработке месторождений полезных ископаемых, выполнение геологоразведочных, изыскательских, строительных и других работ. При этом нарушается или уничтожается почвенный покров, изменяется гидрологический режим, образуется техногенный рельеф и др. В результате рекультивации на нарушенных землях создаются сельскохозяйственные и лесные угодья, водоемы различного назначения, рекреационные зоны, площади для застройки. Нарушенные земли, рекультивация которых для хозяйственного использования экономически не эффективна, подлежат консервации биологическими, техническими или химическими методами (Советский энциклопедический словарь).

Рекультивация земель обычно осуществляется в два этапа:

Технический (планировка поверхности, покрытие ее плодородным слоем или улучшением грунта, строительство дорог, гидротехнических и мелиоративных сооружений и другие работы в соответствии с проектом) и биологический (агротехнические и фитомелиоративные мероприятия по восстановлению плодородия, ускорению почвообразовательных процессов, возобновлению флоры и фауны на некультивированных землях) (Т.П. Федосеева, 1977).

Известно, что природные системы выполняют свои ландшафтно-экологические функции и одновременно несут нагрузку со стороны социально - экономических систем, обеспечивая их функционирование. Техногенные образования обычно не в состоянии выполнять экологические функции, которые несут естественные геосистемы. Это обстоятельство является первейшей предпосылкой диспропорций в развитии эколого-экономических систем.

Для предупреждения преодоления этих диспропорций чаще всего необходимо восстановить или восполнить природные компоненты в почвах, подвергшихся техногенному воздействию.

В связи с этим восстановление (восполнение) природных компонентов, т.е. рекультивация, рассматривается как основная часть нейтрализации последствий.

Как считает Л.В. Моторина. (1978), рекультивация - направление комплексное, находящиеся на стыке самых разнообразных специальных дисциплин: горного дела, геологии, географии, почвоведения, геоботаники, агрохимии, экономики, градостроительства и т.д. Объектами рекультивации являются земли, подвергшиеся разрушению и загрязнению в результате деятельности горнодобывающей, металлургической и перерабатывающей промышленности, строительство линейных и других инженерных сооружений, геологоразведочных работ и т.п.

Воздействие техники нарушает и уничтожает веками сложившиеся связи в природе, происходит коренная перестройка экологических систем. Процесс естественной эволюции идет чрезвычайно медленно. В связи с полным разрушением и преобразованием в процессе техногенеза растительности и почв формирующиеся естественным путем биогеоценозы малопродуктивны. Поэтому, исходя из слов Л.В. Моториной (1978), задача рекультивации состоит в том, чтобы ускорить процесс естественной эволюции, создать на месте нарушенных более продуктивные и устойчивые ландшафты с высокой хозяйственной, эстетической и природоохранной ценностью.

Рекультивация земель - сложная проблема. Ее решение в значительной мере зависит от конкретных экологических условий нарушенных территорий. Для проектирования рекультивационных работ нужны данные о физико-химическом составе грунта, особенностях гидрологического режима, форме отвалов, крутизне откосов и т.д. - А.Г. Банников (1999).

По словам Н.В. Симакова (1990), рекультивация земель, нарушенных промышленностью, в значительной мере обуславливается спецификой нарушения почвенного покрова. Для разработки мероприятий по рациональному восстановлению и последующему использованию земель все землепользователи области разделены на шесть групп.

Первая группа - предприятия, ведущие открытым способом добычу полезных ископаемых, находящихся на больших глубинах. Добыча полезных ископаемых на таких предприятиях ведется посредством создания карьеров, вскрывающих всю или почти всю толщу осадочных пород. При этом создаются такие техногенные формы, как отвалы и карьеры, оказывающие влияние на всю окружающую территорию. Карьеры дренируют местность, нарушая сложившийся водный баланс территории. Отвалы занимают значительные площади сельскохозяйственных угодий, и является источником загрязнения окружающей среды, очагами водной и ветровой эрозии.

Вторая группа - предприятия, ведущие добычу сырья открытым способом с небольших глубин. Сюда входят карьеры кирпичных заводов, песчаные и меловые карьеры. При добыче минерального сырья происходит нарушение почв и нижележащих толщ пород, формируются отрицательные формы рельефа (овраги, балки).

Третья группа объединяет предприятия, ведущие добычу торфа. После отработки на месте залежей остаются котловины 1.5 - 2.5 -метровой глубины. После расчистки и выравнивания дна могут использоваться под рыбоводческие пруды.

Четвертая группа включает организации, ведущие работы, связанные с прокладкой коммуникаций. При строительстве наземных коммуникаций - автомобильных и железных дорог, дамб и д.р. - необходимо предусмотреть предварительное снятие, хранение и использование гумусированного слоя почв по завершению работ.

Пятая группа объединяет предприятия, которые имеют промышленные отстойники различного назначения. Сюда входят предприятия черной и цветной металлургии, железорудной, пищевой промышленности и т.д.

Шестая группа - включает предприятия, занимающие значительные площади земель под постоянные отводы, такие как водохранилища (Н.М. Чернова, 1985).

Во всем мире прилагают немалые усилия для окультуривания нарушенных промышленностью земель. В России особая необходимость в рекультивации стала ощущаться примерно с 50-х годов.

По мнению Л.П. Астанина (1984), различают несколько направлений рекультивации нарушенных земель в зависимости от последующего использования:

1. Сельскохозяйственное - под пашню, луга, пастбища, многолетние насаждения.

2. Лесохозяйственное - лесопосадки эксплутационного и специального назначения (почвозащитные, санитарно - защитные, водо-охранные т.д.).

3. Водохозяйственное - водоемы различного назначения (водохранилища, пруды для разведения рыбы, дичи и т.д.).

4. Рекреационное - парки, спортивные бассейны, пляжи и т.д.

5. Архитектурно - планировочное - лесонасаждения, посевы луговых трав (газоны), обводнение пониженных участков вокруг жилых построек.

Традиционно понимаемая рекультивация включает в себя два направления: техническое - планировка поверхности, укрепление бортов карьерных выемок и откосов отвалов, снятие и нанесение на отдельные участки потенциально исходных пород плодородного слоя почвы, строительство съездов и дорог; биологическое - агротехнические мероприятия (вспашка, боронование, дискование), внесение удобрений, подбор ассортимента растений, посадка древесно-кустарниковых насаждений и посев многолетних трав (Л.В. Моторина, 1978).

Рекультивация нарушенной территории позволяет решить сразу несколько очень важных задач:

нейтрализовать вредное воздействие нарушенной территории на окружающую среды и в первую очередь на здоровье человека;

рационально использовать восстановленную территорию для нужд городского, сельского и лесного хозяйства;

улучшить микроклимат на восстановленной территории по сравнению с зональными характеристиками путем формирования техногенного рельефа с заданными геометрическими параметрами (В.Д.Оленьков 1988).

По литературным данным, рекультивацию нарушенных земель проводят с целью их применения для сельскохозяйственных, лесохозяйственных, водохозяйственных, строительных, рекреационных, природоохранных и санитарно - оздоровительных видов деятельности. Рекультивации подлежат земли, нарушенные в результате:

разработки месторождений полезных ископаемых, а также добыче торфа;

прокладки трубопроводов, проведение строительных, мелиоративных, лесозаготовительных, геологоразведочных работ, переработки сырья, проектирование изыскательских и иных работ, связанных с нарушением почвенного слоя;

ликвидация промышленных, военных, гражданских и иных объектов и сооружений;

складирование и захоронение промышленных, бытовых и других отходов;

строительство, эксплуатация и консервирование подземных объектов и коммуникаций;

ликвидация последствий загрязнения земель, требующих снятие плодородного верхнего слоя почвы;

проведение войсковых учений за пределами специально отведенных для этих целей полигонов.

В соответствии с требованием ГОСТ 17.5.3.04 - 83 «Охрана природы земли. Общие требования к рекультивации земель» в проекте рекультивации нарушенных земель предусматривается выполнение следующих работ:

В техническом этапе рекультивации:

мероприятия по снятию, складированию, хранению плодородного слоя почвы, определение объема земляных работ, технологии снятия, используемой техники, а также формы и площади отвалов и карьеров;

грубая и чистая планировка поверхности рекультивируемого участка, засыпка водоотводящих и водоподводящих коммуникаций;

выполнение бортов и откосов: проектное заложения, объем земляных работ и применяемая технология;

террасирование откосов, засыпка и планировка провалов и выработок;

освобождение рекультивируемой поверхности от крупногабаритных обломков пород, производственных конструкций, строительного мусора и промышленных отходов с последующим их захоронением или организованным складированием или переработкой;

вертикальная и горизонтальная планировка рекультивируемой поверхности, устройство дна бортов карьеров и планировка освобождаемой от отходов территории;

строительство подъездных путей и дорог с учетом прохода сельскохозяйственной, лесохозяйственной и другой техники;

устройство, при необходимости, дренажной, водоотводящей и оросительной сети и ликвидация или использование плотин, дамб, насыпей и т.д.;

противоэрозионные и водоотводящие мероприятия;

мелиорация токсичных пород и загрязненных почв, если невозможна их засыпка слоем потенциально плодородных пород;

нанесение плодородного слоя почвы, потенциально плодородных пород, последующая вспашка или рыхление территории;

В биологическом этапе рекультивации:

комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий, направленных на улучшение агрофизических, агрохимических, биохимических и других свойств почвы;

агротехнические мероприятия: подбор состава травосмеси, пород лесных культур (или кустарников), нормы высева или посадки с учетом почвенно-грунтовых условий рекультивируемой территории;

определение нормы и периодичности внесения удобрений;

обоснование мероприятий технологических карт по обработке территории со сроками их выполнения;

определение продолжительности мелиоративного периода;

разработка рекомендаций по использованию рекультивируемого участка.

По словам Н.Е. Бекаревича, (1987), биологическое восстановление земель, нарушенных при добыче полезных ископаемых, в значительной мере определяется составом и свойствами пород, физико-георафическими условиями среды, характером дальнейшего использования рекультивационных участков. В зависимости от указанных условий в настоящее время нарушенные земли можно восстановить тремя способами:

1. Путем возврата почвенного гумусового слоя на прежнее место после добычи полезных ископаемых или окончания других видов работ.

2. Путем использования пород в качестве среды для размещения растений.

3. Смешение пород и почв с последующим выращиванием на смесях сельскохозяйственных и лесных культур.

Исходя из требований сельскохозяйственных культур к условиям произрастания почвы и породы, нарушаемые хозяйственной деятельностью, подразделены на четыре группы:

Безусловно, пригодные.

Пригодные.

Условно пригодные (пригодные после улучшения).

Непригодные.

К первой категории (безусловно, пригодные) отнесены гумусовые горизонты почв с содержанием более одного процента органического вещества. Гумусовые горизонты черноземов, темно-серых лесных, лугово-черноземных и луговых почв.

Ко второй категории пригодности отнесены лессовидные отложения и лессы различного механического состава. Лесс и лессовидные суглинки можно использовать непосредственно для выращивания растений и в качестве основы для размещения гумусового слоя.

К третьей категории (условно пригодные) отнесены породы различного механического состава с кислой или щелочной реакцией почвы и с содержанием до одного процента легкорастворимых солей. Эти породы содержат очень мало (или не содержат) органического вещества, имеют не вполне благоприятные агрофизические свойства, бедны азотом, фосфором, калием. В эту категорию входят пески, засоленные суглинки и глины, меловые породы.

К четвертой категории (непригодные) отнесены тяжелые засоленные глины. Эти породы следует использовать для засыпки провалов, оврагов. Использование таких пород для рекультивации связано с большими затратами по улучшению их свойств (А.М. Бурыкина, 1980).

1.2 Рекультивация земель, расположенных вне городской зоны

Наиболее частыми вариантами решений по использованию карьерных выемок являются два: засыпка их породой из отвалов и заполнение водой.

Засыпка карьерных выемок породой не представляет технических трудностей. Одновременно с этим не только ликвидируются отвалы и освобождаются от них площадки, которые можно использовать под сельскохозяйственные угодья, но и уменьшаются глубины карьеров, что обеспечивает проведение работ по приданию склонам нужного профиля для предотвращения оползневых процессов. Однако такая рекультивация оправдана только для карьеров небольшой глубины при наличии достаточного количества отработанной породы и плодородной почвы. Рекультивация глубоких выработок требует более сложного решения.

Во-первых, несмотря на огромные породные отвалы (высотой до 100 м), их количества недостаточно для засыпки глубоких выемок (глубиной до 500 м) и выравнивания рельефа и потребуются изыскания на ближайшей территории дополнительных объемов отработанной породы и плодородной почвы для закрытия поверхности рекультивируемого участка, что наглядно подтверждается рекультивационными работами, проводимыми в городах Коркино, Копейске и Сатке ( А.Ю. Даванков 1998).

Во-вторых, изменение водного режима на территориях, прилегающих к открытым разработкам, оказывает существенное влияние на процессы почвообразования, приводит к заболачиванию прилегающих к карьерам и шахтам участков в результате длительного откачивания вод и к заполнению водой выработанных пространств (карьеров и шахт) после окончания горных работ.

В-третьих, потеря почвами влаги в связи с понижением уровня грунтовых вод в результате работы дренажных насосов и водопонижающих скважин приводит к нарушениям водного режима почв, следовательно, снижению их плодородия.

В-четвертых, загрязнение территории, прилегающей к отвалам и местам хранения промышленных отходов, тяжелыми металлами и токсичными веществами, происходящее в результате ветровой и водной эрозии, ухудшает агрохимические свойства почв.

В-пятых, сбросы карьерных и шахтных вод в естественные понижения и водоемы приводят не только к заболачиванию территории, но и к ухудшению агрохимических свойств почв, если такие воды используются в сельскохозяйственном обороте.

Карьерные выемки можно практически полностью заполнить водой и создать в них искусственные водоемы. Однако для этой цели возможно использовать только карьеры небольшой глубины. Для заполнения выработок, например, Коркинского или Копейского разрезов в этих районах отсутствует необходимый запас воды. Кроме того, такие водоемы будут давать и нежелательные последствия (А.Ю. Даванков 1998).

С приближением воды к верхней бровке выемки будут повышаться уровень подземных вод в окружающей местности, что нежелательно. При наличии крутых склонов выемки (до 25 градусов) возникает опасность оползневых явлений, так как склоны карьеров сложены сравнительно рыхлыми отложениями. Для предотвращения этих явлений необходимо до заполнения карьеров водой предварительно проводить выполаживание бортов выемки, что требует изъятия дополнительной территории, суммарная площадь которой будет составлять более половины современной площади отвалов. В связи с этим важным фактором при рекультивации является выполнение пологого склона, обладающего устойчивостью, максимальной емкостью, хорошо противостоящего ветровой и водной эрозии. Широкие террасы, создаваемые на верхних ярусах в процессе отвалообразования, обеспечивают накопление и поглощение влаги, удобны для лесопосадочных и сельскохозяйственных работ, создают благоприятные условия для развития растений и ухода за ними (Н.М. Коломиццев, 1968).

Для закрепления поверхности отвалов и терриконов подсыпку откосов и бортов следует производить под углом не более 18 градусов с использованием глинистых пород для создания водопроницаемого экрана и снижения ветровой эрозии. Откосы отвальных и терриконных ярусов террасируются на два - три подступа с созданием площадок шириной не менее 12 м, которые используются в различных целях с учетом условий и потребности территории.

В зависимости от характера и цели использования нарушенных земель проводится их рекультивация: санитарно-гигиеническая, сельскохозяйственная и т.п. В санитарно- гигиенических целях рекомендуется использовать плоские породные отвалы вскрышных пород карьеров и шахт, частично карьерные выработки и терриконики, которые не будут использованы для строительных целей (С.С. Трифонов, 1977).

Использование различных форм техногенного рельефа осуществляется в рамках определенного направления применения территории, где решаются вопросы выбора варианта приспособления рельефа: для строительства зданий и сооружений, для зеленого строительства, для устройства водоемов.

Наиболее сложным среди этих способов является строительство на техногенном рельефе зданий и сооружений различного назначения. В одном случае это могут быть небольшие одноэтажные постройки типа садовых домиков или индивидуальных гаражей, в другом - многоэтажная застройка.

Работы по формированию техногенного рельефа с заданными геометрическими параметрами осуществляется после того, как выбрано направление использования этой территории, т.е. известно функциональное назначение территории после окончания добычи полезного ископаемого (Р.В. Ковалев, 1970).

Исходя из литературных данных, можно сказать, что эффективность биологической рекультивации на самозарастающих отвалах в значительной степени зависит от накопления гумуса, который предопределяется появлением высших растений. В то же время зарастание зольных, шлаковых и породных отвалов повсеместно начинается поэтапным поселением водорослей на их поверхности (А.Ю. Даванков, 1998).

Процесс накопления гумуса чрезвычайно долог, поэтому для ускорения гумусообразования рекомендуется применять способ, разработанный ВНИИСуголь. Сущность этого способа состоит в применении активных штаммов, мобилизующих потенциальное плодородие субстракта и способствующих накоплению в нем органических веществ и элементов питания в доступной для высших растений форме. Рекультивация осуществляется путем сплошного нанесения микроорганизмов на восстанавливаемую поверхность почвенного слоя (Т.К. Надрин, 1987). Исследования Уральского государственного университета (Екатеринбург) показали, что уже через год после окультуривания породных отвалов число микроорганизмов возрастает в тысячи раз.

На биологическом этапе проводится посадка древесно-кустарниковых насаждений с ветвящейся корневой системой и посев многолетних трав, которые дают плотную быстрообразующуюся дернину.

Сельскохозяйственная рекультивация проводится на отвалах, поверхность которых сформирована потенциально плодородными породами или покрыта дополнительной почвой, а также на участках отвалов, рельеф которых не претерпел значительных изменений.

Дополнительно к перечисленным выполняются следующие мероприятия:

o на участках, осваиваемых под пашню, огороды и сады, производят планировку поверхности с уклоном, не превышающим одного градуса под сады и огороды и двух градусов - под зерновые культуры и многолетние травы;

o содержание гумуса в плодородном слое почвы доводят до двух или более процентов; при этом потенциально плодородной породы должно быть не более 25% от массы мелкозема крупностью до 1 мм;

o участки, осваиваемые под зерновые и пропашные культуры, максимально приближают к прямоугольной форме.

При рекультивации земель, нарушенных торфоразработками, укладку почвенного соля можно не проводить, тек как урожайность культур на них и без того высокая.

Мелиоративные севообороты ведут после технической рекультивации однолетними и многолетними травами, главным образом бобовыми растениями.

На террасированных склонах отвалов, ориентированных на солнечную сторону и расположенных в зоне пониженных скоростей ветра, при соблюдении необходимых требований возможно строительство тепличных хозяйств, птицефабрик, пасек.

В совершенно другом направлении используется нижняя часть карьеров, особенно с большой выработкой породы и сырья. Неглубокие карьеры и выработки полностью или частично засыпаются отработанной породой, после чего используются для различных целей. Глубокие карьеры можно использовать после частичной засыпки породой и уплотнения нижней части глинистым грунтом для водоемов, заполняя выработки на небольшую глубину. Такие карьеры могут эффективно использоваться для строительства гидроаккумулирующих электростанций, работающих с применением падающей воды (А.Ю. Даванков, 1998).

1.3 Рекультивация нарушенных земель в городской черте

Земли, находящиеся под промышленными отходами, загрязнены не только тяжелыми металлами, но и токсичными веществами атмосферных выбросов предприятий, количество которых особенно велико в крупных промышленных городах.

Выбор направления использования нарушенных городских земель ведется с учетом состояния градостроительства, экологической обстановки и климатических условий. При этом предусматривается возможность приведения не только территории к первоначальному виду, но и получения рельефа с заданными параметрами (Е.Т. Мамаева, 1984).

Пригодность восстанавливаемой территории рассматривается с точки зрения:

строительства зданий и сооружений;

строительство санитарно-гигиенических объектов (парков, зон отдыха, спортивных площадок);

устройство водоемов.

Наиболее сложным в перечисленных случаях является строительство на техногенном рельефе зданий и сооружений, когда необходимы специальные мероприятия по закреплению и уплотнению оснований фундамента.

При наличии в населенном пункте производств, где необходимы специальные условия по микроклимату, также возможен вариант строительства зданий для таких производств с последующей надсыпкой над ними отвала для снижения расхода тепла в холодное время года.

В зависимости от направления использования рекультивируемой территории ее освобождает от промышленных отходов одним из способов: промежуточным складированием на специальной площадке, предварительным обеззараживанием или их переработкой.

После удаления с рекультивируемого участка промышленных отходов проводится анализ грунта с целью определения глубины проникновения тяжелых металлов и токсичных веществ и их концентрации. На основе данных обследования состояния нарушенных территории и технико-экономических расчетов выбирается наиболее перспективное направление использование восстановленной территории, разрабатывается проект рекультивации земель и застройки рекультивируемого участка. Рекультивация ведется поэтапно: техническая рекультивация с предварительной выемкой загрязненного грунта, затем биологическая со строительством предусмотренного объекта.

Прилежащая к хранилищам отходов территория в городской черте озеленяется в соответствии с проектом. На рекультивируемой территории не менее 30% площади должно быть занято объектами зеленого строительства. Установлено, что запыленность воздуха озелененных территорий на 40% ниже, чем на открытых, в них улавливается до 70 - 80% выделяемых атмосферных выбросов. В этом отношении очень ценными породами являются: сосна обыкновенная, лиственница, вяз, ясень, клен, акация, бузина, сирень, жимолость. Выбор конкретных древесных и кустарниковых пород для озеленения зависит от состояния окружающей среды. Размер санитарно-защитных зон зависит от степени загрязнения окружающей среды.

В сильно загрязненной зоне, расположенной вблизи промышленного предприятия, должны быть проведены все комплексные природоохранные мероприятия: технологические усовершенствования на промышленном предприятии по снижению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросы в водоемы, химико-технологическая обработка почв с целью нейтрализации соединений тяжелых металлов, озеленение территории рекультивируемого участка. Озеленение проводится биологически устойчивыми растениями, способными не только максимально отчистить воздушный бассейн от вредных примесей и пыли предприятия, но и аккумулировать в аккумулировать в значительном количестве тяжелые металлы из почвенного раствора.

В зоне среднего уровня загрязнения задача озеленения улиц решается с учетом транспортных, планировочных и природных условий. Посадки растений должны создавать конвекционные потоки воздуха, снижать уровень загрязнения воздушного бассейна и почв.

Крупные транспортные магистрали на всем протяжении должны проходить в пределах озелененной защитной зоны, предохраняющий жилые кварталы от выбросов автотранспорта.

На пересечениях автомагистралей, улиц и в местах отдыха населения организуются газоны из кустарников и многолетних трав для повышения декоративных, эстетических и противоэрозионных свойств озеленяемых территорий.

2. Условия проведения исследований

2.1 Погодные и климатические условия

Челябинская область расположена на Южном Урале. Она подразделяется на три зоны: горно-лесная увлажненная; лесостепная с двумя подзонами - умеренно увлажненной северной и полузасушливой южной лесостепью; степная засушливая. Лесостепь и степь Зауралья занимает три четвертых территории области.

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 + 2^о при максимальной среднемесячной + 29^о и минимальной - 36^о.

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

Показатели	Единицы измерения	Объём отработанного грунта
Отработка карьера
Промышленные запасы, всего - В том числе: Отработка выше уровня грунтовых вод Отработка ниже уровня грунтовых вод	Тыс. м3 Тыс. м3 Тыс. м3	7316,3 6151,7 1164,6
Потери полезного ископаемого	Тыс. м3 %	643,2 8,1
Срок службы карьера	Лет	36,7
Рекультивация карьера
Общий объем земляных работ В том числе: При срезке целиком при выполаживании бортов карьера при выравнивании контура участка при перемещении грунтов из отвалов повторная перевалка грунтов	Тыс. м3 Тыс. м3 Тыс. м3 Тыс. м3 Тыс. м3 Тыс. м3	1190,0 150,0 150,0 65,0 735,0 90,0

В соответствии с этим вариантом произведен выбор способа горнотехнической рекультивации:

Создание искусственного рельефа, превышающего уровень грунтовых вод на 1,1 м, с уклоном не менее 0,003 в юго-восточном направлении за счет удаления целиком, использования вскрышных пород;

Выполаживания бортов карьера под углом не более 15⁰ (с учетом использования земель в первые годы под посадки сельскохозяйственных культур);

Выравнивание контура участка рекультивации;

Нанесение почвенно-растительного грунта, снятого в процессе эксплуатации и хранящегося в отвалах, по всей площади рекультивации слоем не менее 0,5 м;

Устройство водоема в юго-восточной пониженной части карьера поверхностных вод с целью предотвращения почв от заболачивания.

3.3 Организация и календарный план работ

Режим работы горнотехнической рекультивации принят аналогичным режиму работы при разработке месторождения, поскольку все работы по горнотехнической рекультивации и по разработке месторождения выполняются одним и тем же оборудованием. Кроме того, техно-рабочим проектом разработки учтено использование основного горного оборудования для проведения работ по рекультивации, хотя на сравнительно меньший объем работ.

В связи с этим, общий режим работы принимается:

Период работы - сезонный (летний) с 15 апреля по 25 октября;

Количество рабочих дней - 138;