Відкрите добування корисних копалин передбачає зняття гумусового родючого шару ґрунту, складування його з подальшим використанням для рекультивації. Під час роботи великоківшевих екскаваторів відвали мають дуже складний рельєф у вигляді системи паралельних гребенів чи конусів з перепадом відміток 10-15 м. Для розрівнювання таких відвалів потрібно виконувати значний об'єм робіт (до 20 тис. м³/га). Для скорочення обсягу планувальних робіт слід зменшувати ширину відвальної західки при відсипанні відвалів паралельними гребенями або застосовувати технологію віялоподібного відсипання відвалів [14].

У Науково-методичних рекомендаціях із рекультивації порушених земель в Україні вказано, що рекультивація земель -- один з ефективних заходів у вирішенні питань раціонального використання земельних ресурсів і проблеми охорони природи в цілому. Рекультивації підлягають усі землі, що зазнають змін у рельєфі, ґрунтовому покриві, материнських та підстилаючих породах, які відбуваються або вже відбулися у процесі гірничих, будівельних, гідротехнічних, геологорозвідувальних та інших робіт. Слід рекультивувати також еродовані ґрунти, а при відповідних умовах шляхом землювання -- кам'янисті місця і землі з неглибокими та низькопродуктивними ґрунтами.

Основне завдання рекультивації полягає в тому, щоб виконати комплекс спеціальних робіт і заходів, довести порушені землі до стану, придатного для їх використання у сільському, лісовому, рибному господарствах, для промислового та комунального будівництва, створення тепличних господарств і зон відпочинку.

Рекультивація має соціальне значення у вихованні бережливого ставлення до природних ресурсів, зокрема до земельних багатств України. Підприємства, організації та установи, що виконують згадані вище роботи на сільськогосподарських землях, лісових угіддях, наданих їм у тимчасове користування, зобов'язані власними коштами довести ці земельні ділянки до стану, придатного для їх використання за призначенням.

Порушені землі доводять до придатного стану в ході гірничодобувних та інших робіт, а при неможливості -- не пізніше як за рік після їх завершення, виключаючи період промерзання ґрунту.

Роботи з рекультивації порушених земель виконують поетапно і поділяють на гірничотехнічну та біологічну рекультивацію. Гірничотехнічна рекультивація -- це комплекс інженерних робіт, до складу якого входять:

знімання та складування родючого шару ґрунту і потенційно родючих порід;

формування відвалів шахт, кар'єрів, а також гідровідвалів;

вирівнювання поверхні, виположування, терасування та закріплення укосів відвалів, бортів і кар'єрів, засипання шахтних провалів, закріплення їхніх бортів;

хімічна меліорація токсичних ґрунтів;

покриття вирівняної поверхні шаром родючого ґрунту або потенційно родючих порід;

інженерне впорядкування рекультивованої території (дренажна мережа, дороги, виїзди тощо);

вирівнювання дна та бортів кар'єру при створенні водойм [12].

Обсяг робіт гірничотехнічного етапу рекультивації залежить від стану порушених земель і виду запланованого використання. Ділянки, підготовлені до стану придатності для несільськогосподарського використання (під парки, водойми, промислове та комунальне будівництво тощо) передаються відповідним організаціям у встановленому порядку. Ділянки, призначені для сільського і лісового господарства, після гірничотехнічного етапу рекультивації повертаються або передаються відповідним сільськогосподарським чи несільськогосподарським підприємствам для здійснення заходів біологічної рекультивації й подальшого використання за призначенням.

Знімання родючого шару ґрунту -- обов'язкове при всіх видах робіт із видобування корисних копалин, будівництва промислових, житлових та комунальних об'єктів, доріг і гідротехнічних споруд, а також при відведенні родючих земель під териконники, відстійники, ложа ставів і водосховищ тощо. Знятий шар складують або вивозять на малопродуктивні землі, розміщені неподалік (еродовані, піщані, солонці та ін.) для подальшого відновлення родючості порушених земель.

Глибина знімання родючого шару визначається глибиною гумусового профілю ґрунту і вмістом у ньому гумусу. Знімають гумусово-акумулятивний горизонт ґрунту.

Глибина шару торфу, що залишається при торфорозробках, необхідного для забезпечення водно-повітряного та поживного режимів на торфовищах при рекультивації торфовищ, повинна становити:

для вирощування сільськогосподарських культур -- не менше 0,5 м;

лісорозведення -- не менше 0,3 м;

використання під водойми, ставково-рибницькі господарства та для інших цілей -- 0,15 м.

Біологічна рекультивація -- це комплекс заходів щодо створення сприятливого водно-повітряного та поживного режимів ґрунту для сільськогосподарських і лісових культур [15].

Комплекс заходів біологічної рекультивації земель для сільськогосподарського використання визначається фізико-хімічними властивостями підстеляючих порід і нанесеного родючого шару грунту або потенційно родючої породи. Цей комплекс охоплює запровадження сівозмін, насичених культурами на сидеральне добриво, внесення підвищених норм органічних і мінеральних добрив, мульчування тощо.

На ділянках, відведених для лісового господарства, основний біологічний вплив на відновлення порушених земель мають лісонасадження. При підготовці земельної ділянки під лісові культури верхній шар збагачують сидератами, мульчують. При садінні вносять добрива.

Гірничотехнічний етап рекультивації

До комплексу робіт гірничотехнічного етапу належать: відсипання відвалів, вирівнювання, формування укосів, знімання, транспортування та нанесення на рекультивовані землі ґрунту або потенційно родючих порід, докорінна меліорація, будівництво доріг, спеціальних гідротехнічних споруд тощо (ГОСТ-83).

Розкривні роботи без проекту рекультивації земель залишають після себе хаос, так званий місячний ландшафт, що забруднює й отруює навколо ґрунти, воду, повітря, природу. Будь-яке добування корисних копалин повинне передбачати, як порушені землі будуть відновлені та використовуватимуться у майбутньому. Це має бути відбито у проекті рекультивації порушених земель. Останній ставить певні вимоги до гірничотехнічного етапу. Він визначає, в якому порядку слід розкривати гірські породи і переміщувати їх у відвали, щоб полегшити подальше використання. Проектанти розробляють технологічні схеми селективного розкриття гірських порід та селективного відсипання відвалів [11].

Найпоширеніші вимоги до технічного етапу рекультивації такі:

селективне знімання родючих гумусових горизонтів ґрунту;

селективне знімання потенційно родючої породи (переважно леси та лесовидні суглинки);

переміщення до відвалів суміші безплідних і токсичних порід;

своєчасне грубе планування (вирівнювання) відвалів із токсичними та індиферентними породами для забезпечення рівномірного їх осідання;

ретельне планування відвалів після осідання;

покриття токсичних порід після їх ретельного планування шаром глинистих порід, що запобігає міграції токсичних елементів до кореневмісного шару;

нанесення шару потенційно родючої породи завтовшки 1,5-2 м;

покриття відвалів шаром родючого ґрунту завтовшки 30-50 см.

Бувають і відхилення від цієї загальної схеми. Наприклад, якщо шар потенційно родючої породи досить потужний, то ним можна перекривати токсичні та індиферентні породи без ретельного вирівнювання відвалів і створення екрана з глинистих порід. Після грубого вирівнювання екскаваторних відвалів на них наносять шар лесовидного суглинку завтовшки 3-5 м. Після усадки й розрівнювання його покривають ґрунтом гумусових шарів, які є дуже цінним ресурсом. Згідно із законодавством при всіх видах будівельних робіт ґрунтовий шар слід знімати, складувати і використовувати за призначенням для біологічної рекультивації.

Л. В. Моторіна та В. А. Овчинніков виділяють такі технологічні схеми робіт із знімання ґрунтового шару та нанесенню його на відвали:

технологічна схема із використанням скрепера та бульдозера. Знімають гумусовий шар ґрунту і транспортують на відвали скрепером.

Доставлений до відвалу ґрунт за допомогою бульдозера рівномірно розподіляється по поверхні відвалу;

технологічна схема із використанням екскаватора, автосамоскида та бульдозера. Її застосовують при транспортуванні ґрунту на більші відстані;

технологічна схема із використанням екскаватора, стрічкового конвеєра, відвалоформувача та бульдозера. Ґрунт виймають екскаватором, завантажують у бункер стрічкового конвеєра, який транспортує ґрунт на зовнішній і внутрішній відвали, де його розрівнює бульдозер.

Кожному виду робіт із реутилізації родючого шару відповідають спеціальні машини.

Автори технологічних схем вважають, що ефективне застосування схеми розробки робочого покриву обмежується продуктивністю кар'єрів до 300 тис.м³ за рік і відстанню транспортування до 2,5 км.

Орієнтована потужність шару ґрунту, який знімається, згідно з науково-методичними рекомендаціями 1981 року, може бути такою, см:

дерново-підзолисті окультурені ґрунти -- 15-20;

ясно-сірі та сірі опідзолені -- 15-30;

темно-сірі опідзолені -- 40-50;

чорноземи типові, вилугувані, опідзолені та реградовані -- 100-120;

чорноземи звичайні -- 40-70;

чорноземи південні та темно-каштанові -- 35-50;

каштанові -- 20-30.

Рекультивовану ділянку, яку відводять під біологічну рекультивацію, підлягає внутрішньогосподарській організації території. На ділянках, покритих потенційно родючим шаром, на період біологічної рекультивації вводять меліоративну сівозміну, влаштовують мережу доріг, захисних лісонасаджень і гідротехнічних споруд. Борти відпрацьованих кар'єрів зрізають залежно від стійкості порід із закладенням укосів від 1:1 до 1:2 або споруджують на них терасоподібні уступи для садіння лісових культур. Дно таких кар'єрів може бути відведено під біологічну чи будівельну рекультивацію. Інколи доцільно створити на них водойми і зони відпочинку.

Гірничотехнічний етап рекультивації при будівництві шляхів та інших лінійних об'єктів полягає у зніманні в порушеній смузі шару ґрунту, створенні насипів з підґрунтя і покритті резервних ділянок гумусовим шаром [1].

При шахтному добуванні корисних копалин пуста порода знову повертається у вироблені штреки. У разі неможливості повернення її в штреки створюють зовнішні відвали (терикони, териконники), під які відводять малопродуктивні землі чи яри. Після 2-3-річного осідання відвали вирівнюють, покривають потенційно родючою породою, шаром ґрунту й передають для біологічної рекультивації.

При підземному добуванні корисних копалин може деформуватися поверхня ґрунту внаслідок осідання. Залежно від характеру деформації у межах шахтного поля на поверхні знімають шар ґрунту, провали засипають, розрівнюють і після остаточного осідання вирівнюють та покривають шаром ґрунту.

Під час геологорозвідувальних робіт гумусовий шар ґрунту знімають повністю. Крім того, знімають 50 см горизонту, перехідного до породи, окремо складують, влаштовують резервуари для зберігання промивних рідин, які використовують у процесі буріння. Після того як закінчать буріння, зняті шари ґрунту і підґрунтя повертають на попереднє місце. Якщо необхідно, проводять хімічну меліорацію й вносять підвищені норми органічних добрив.

Вироблені торфовища при фрезерному і машиноформувальному способах видобування торфу потрібно повертати землекористувачам для використання їх під сіножаті, пасовища, заліснення та обводнення. З цією метою влаштовують осушувальну мережу, планують поверхню, споруджують дороги. Торфовища, вироблені гідроспособом, звичайно рекультивують для рибогосподарського використання. На них викорчовують та вивозять пеньки, планують та закладають осушувальну мережу. В Німеччині існує технологія ренатуралізації боліт і торфовищ [20].

Біологічна рекультивація -- це етап загальної рекультивації, що охоплює комплекс агротехнічних і фітомеліоративних заходів для підвищення родючості порушених земель.

Біологічна рекультивація може бути сільськогосподарською або лісовою. Сільськогосподарська рекультивація слугує для підготовки землі під ріллю, багаторічні насадження чи природні кормові угіддя. Найсуворіших вимог слід дотримувати під час біологічної й технічної рекультивації земель, які відводять під ріллю. У такому разі потрібні селективне відсипання відвалів, перекриття токсичних порід 0,5-метровим шаром глини, потенційно родючою породою завтовшки 1,5-2 м, а також поверхневим шаром ґрунту, 5-10-річний період відновлення родючості з вирощуванням багаторічних трав, внесенням високих норм органічних і мінеральних добрив. Після такої рекультивації ці землі можна використовувати інтенсивно. За потенційною та ефективною родючістю вони можуть не поступатися перед зональними ґрунтами. У зоні поширення родючих чорноземів під ріллю слід рекультивувати не більше 70 % порушених земель. Решту 30 % відводять під укоси відвалів, терасоподібні уступи, під'їзні шляхи, протиерозійні споруди. Ці землі заліснюють або залужують травами.

Порушені землі мають несприятливі режими, на них навіть багаторічні трави потребують удобрення. Взагалі економічно доцільним є насипання гумусового шару ґрунту до глибини 50 см.

Землеробство на рекультивованих землях має специфічні особливості, базуючись у той же час на основних ланках системи, застосовуваних у непорушених агро ландшафтах, і включає: організацію території відповідно до спеціалізації господарства та його природноекономічних умов; сівозміни згідно зі сформованою структурою посівних площ; засоби обробітку ґрунту, сівби і догляду за рослинами відповідно до ґрунтового покриву; систему удобрення; захист від бур'янів, хвороб і шкідників; систему заходів щодо захисту ґрунтів від ерозії. За основу при організації території рекультивованих земель потрібно брати спеціалізацію господарства, яка полягає у створенні сівозмін з оптимальними розмірами полів і чергуванням культур, лісосмуг, лісомеліоративного фонду на крутосхилах або невикористовуваних ділянках, під'їзних шляхів, засипанні ярів чи створенні гідротехнічних протиерозійних споруд, в організації рекреаційних зон навколо збережених водойм тощо [7].

До специфічних особливостей землеробства в техногенних агроландшафтах слід віднести поетапне освоєння земель. Згідно з вимогами до біологічного етапу рекультивації останній поділяється на два періоди. У першому, меліоративному, періоді вирішують докорінні питання окультурення рекультивованих ґрунтів добором культур або сівозмін, внесенням добрив та іншими меліоративними заходами, пов'язаними із періодом подальшого інтенсивного сільськогосподарського використання. У другому після меліоративного періоді рекультивовані землі повинні бути включені у структуру сільськогосподарських угідь із відповідною плановою віддачею від них. Залежно від окультуреності й досягнутого в меліоративному періоді рівня родючості такі землі відводять у категорію орних угідь або ж під кормові культури (поліпшені вигони, сіножаті, пасовища).

Сформовані у техногенних агроландшафтах ґрунти більшою мірою піддаються ерозійним процесам та іншим деградаціям, тому необхідно мати протиерозійний фон протягом року.

До початку рекультивації кар'єр являв собою виїмку неправильної форми частково заповнену дощовими стоками, відходами гумово-технічної продукції і відходами будівельного виробництва.

Технологічна схема рекультивації відпрацьованого кар'єру складається з декількох етапів.

1-й етап містить у собі пристрій котловану і водовідвідних канав по периметру кар'єру.

Пристрій котловану припускає додання кар'єрному виробленню правильних геометричних форм. Борти кар'єру виполажуться. Крутість укосів складає 30°.

Після виполажування, борта кар'єру ущільнюються і плануються. По спланованих укосах робиться піщане підсипання під протифільтраційний екран. Протифільтраційний екран виконується шляхом пристрою геомембрани з поліетилену високої щільності товщиною 1 мм. Протифільтраційний екран захищається від можливих ушкоджень ґрунтом товщиною 0.5 м [14].

Днище котловану представляє із себе глиняну основу, ущільнену і сплановану з ухилом убік прийомного колодязя. По днищу котловану влаштовується променевий пластовий дренаж, виконаний із щебеню і піску, убік прийомного колодязя зі збірних ж/б труб діаметром 1м. Дренажна система влаштовується для збору можливого утворення фільтрату в процесі рекультивації. Прийомний колодязь нарощується в міру засипання кар'єру. Захист підстави і бортів кар'єру протифільтраційною мембраною і глиняним замком виключає контакт матеріалів засипання з ґрунтовими водами.

По периметру кар'єру виконується водовідвідна канава з метою запобігання влучення дощових і поталих вод із прилягаючої території. У місцях перетинання водовідвідної канави з кільцевою автодорогою укладаються водопропускні металеві труби.

2-й етап містить у собі технічну рекультивацію шляхом заповнення котловану пресованими брикетами ТБО з пересипанням інертними матеріалами.

Для організації складування технічних побутових відходів (ТПВ) в кар'єр запроектований пандус з покриттям зі збірних ж/б плит, що забезпечує з'їзд на тимчасову технологічну дорогу і розвантаження сміттєвозів. Схема розміщення ТБО передбачена по картах. Складування брикетів здійснюють у 4 яруси на висоту 3м.

Після завершення процесу укладання поверх ТБО влаштовується глиняний екран. Ізолюючий шар відсипається з місцевих глин товщиною 0,3м, що залишилися від вибірки котловану. Ці ґрунти є слабопроницаемыми. Екран зі слабопроникним покриттям створюється щоб уникнути нагромадження в товщі ТБО атмосферних опадів.

3-й завершальний біологічний етап рекультивації передбачає комплекс агротехнічних і фітомеліоративних заходів, спрямованих на відновлення порушених земель.

При виконанні 3-го етапу демонтуються тимчасові дороги, повітряні лінії висвітлення, спорудження господарського призначення. Виробляється комплекс робіт (перекопування доріг) виключаючих проїзд до місця рекультивації автотранспорту. Виробляється планування порушеного рельєфу з метою виключення місць застою дощових стоків.

Після виконання планувальних робіт необхідно відсипати рослинний шар, товщиною 0,15 м. Термін процесу стабілізації для майбутнього використання території під посів багаторічних трав - 2 роки.

5. Стан та перспективи видобування піску в Чернігівській області