Технологические схемы горнотехнической рекультивации и область их применения

 

В практике открытых горных работ в основном применяется валовый способ складирования пород в отвал, как наиболее простои и обеспечивающий заданный порядок укладки.

При валовом отвалообразовании массив представляет собой хаотическую смесь пород с различными физико-химическими свойствами. На поверхность отвала, как правило, укладывают токсичные малопригодные породы, а плодородные – в основание отвала.

Для рекультивации нарушенных земель валовой способ формирования отвала не пригоден, так как выполнение поставленной задачи требует селективного формирования отвала. Формирование конечной поверхности отвала имеет определяющее значение в объеме работ по горнотехнической рекультивации. Подготовка поверхности отвала имеет важное значение для последующего освоения нарушенных земель и включает следующие боты: первичную планировку; вторичную планировку после садки пород; селективную укладку пород в отвал. Подготовка поверхности отвала для последующей рекультивации осуществляется на участках, где горные работы закончены дальнейшем проводиться не будут. Объем первичной плани-i зависит от применяемого оборудования по укладке пород.езначителен объем первичной планировки на отва-оульдозерных, скреперных и экскаваторных (мехлопата) на гидроотвалах. Большой объем планировочных работ приходится на отвалы, отсыпанные драглайнами, консольными отвалообразователями и транспортно-отвальными мостами.

Вид последующего освоения нарушенных земель определяет характер планировочных работ (сплошная, террасная, частичная).

Сплошная планировка поверхности производится для сельскохозяйственного освоения земель, террасная – под облесение и садоводство, частичная – для лесохозяйственных нужд (рис. 4).

Рис. 4. Способы планировки рекультивируемой площади:

 

Целесообразно планировку поверхности отвала проводить в период эксплуатации месторождения по мере подвигания фронта работ.

Планировка поверхности бульдозером является наиболее распространенной ввиду простоты технологии работ и наличия различных мощностей. Бульдозер при движении срезает лемехом возвышенные участки, одновременно происходят накапливание, перемещение и разгрузка грунта на ближайших местах с более низкими отметками поверхности. При работе бульдозера на наклонных участках срезать грунт целесообразно при движении под уклон с тем, чтобы использовать силу тяжести машины; при обратном ходе бульдозера лемех необходимо поднимать.

В случае площадного отвалообразования производят планировку поверхности бульдозерных отвалов. Периферийное отвалообразование, как правило, не требует планировки поверхности.

На отвалах, сложенных рыхлыми породами, целесообразно осуществлять планировку поверхности скрепером. Такая планировка пород производится отдельными заходками, начиная от границ отвального поля. Скрепер срезает, транспортирует и укладывает породу, создавая равнинный рельеф на поверхности отвала. Длина планируемого участка не должна превышать 500 м для прицепных и 2000 м для самоходных скреперов. Вторичная планировка

отвала производится после полной усадки пород в отвале, объем вторичной планировки обычно не превышает 20% первичной.

Рис. 5. Планировка поверхности отвала с помощью УПО-4,5:

1–лебедка ЛМ-12; 2 – устройство УПО-4,5

.

Для планировки отвалов с высотой гребней от 2 до 10 м рекомендуют использовать устройство УПО-4,5 (устройство планировочное отвальное с шириной захвата 4,5 м). Порядок работ следующий. В начале планируемой площадки устанавливают тяговые лебедки на расстоянии 120–150 м друг от друга (рис. 4.7). Планировочное устройство при поступательном движении внедряется в грунт, срезает и перемещает последний в межгребневое пространство. Планировочное устройство работает по челноковой схеме. Таким образом исключается холостой ход планировочного устройства.

По мере планировки поверхности отвала самоходные лебедки передвигаются на новое место перпендикулярно к ходу планировочного устройства. Впереди самоходных лебедок поверхность отвала планируется бульдозером, обеспечивая их продвижение. Сменная производительность планировочного устройства достигает 15 тыс. м³. Достоинство данного устройства – отсутствие холостых передвижений и высокая производительность, недостаток – сложная организация планировочных работ и большой расход канатов.

Планировка поверхности отвала драглайнами целесообразна, когда высота гребней превышает 10 м (рис. 4.8).

Экскаватор забирает грунт и высыпает в межгребневое пространство. В результате образуется ряд гребней меньшей высоты, которые планируются ковшом экскаватора.

Гребни более рационально планировать специальным ковшом без задней стенки. При этом драглайн послойно сгребает грунт в межгребневое пространство (рис. 6) Работая по приведенной технологической схеме, экскаватор достигает большой производительности при небольших энергозатратах. Общий недостаток планировки отвалов драглайнами – применение только на рыхлых породах.

 

Рис. 6. Планировка поверхности отвала драглайном драглайном со специальным ковшом

 

Подготовка поверхности отвала для биологического восстановления возможна химической мелиорацией грунтов или созданием слоя из грунтов, пригодных для произрастания растений. Химическая мелиорация не всегда дает желаемый эффект. Наиболее надежным является селективное формирование площади отвала.

Рассмотрим оптимальные схемы горнотехнической рекультивации селективно сформированного отвала, площадь которого предназначена для последующей биологической рекультивации. Возможны различные варианты технологических схем горнотехнической рекультивации с использованием колесного транспорта и внешним отвалообразованием.

В отвал уложены нетоксичные вскрышные породы. Поверхность отвала не требует дополнительных технических мероприятий. Привезенная потенциально плодородная почва в виде отдельных конусов разгружается по всей спланированной площади отвала, предназначенной для рекультивации. Расстояние между конусами зависит от мощности создаваемого слоя. Потенциально плодородные грунты укладываются мощностью не менее 1 м. С увеличением мощности укладываемого слоя расстояние между конусами сокращается.

На спланированную поверхность укладывают плодородный слой мощностью не менее 0,3 м. Подготовленная площадь, как правило, используется в сельском хозяйстве.

В случае, когда вскрышные породы сложены скальными крепкими породами, на поверхность отвала целесообразно укладывать рыхлые, пригодные для произрастания растений грунты мощностью не менее 1 м. На спланированную поверхность укладывают потенциально плодородный слой мощностью не менее 1 м; подготовленную площадь целесообразно использовать под зеленую зону (посадка кустарников и деревьев). При отсутствии потенциально плодородных грунтов, для биологической рекультивации можно использовать бесплодные грунты, но с внесением в них достаточного количества минеральных удобрений. Такие участки рекомендуют использовать для посева трав и для посадки кустарников. Спланированная поверхность отвала должна быть ровной, с небольшим уклоном, составляющим 1–2°, для стока избыточных атмосферных осадков. Во избежание заболачивания не допускается создание «котлованных» форм поверхности, на которых образуются бессточные пространства. Рельеф спланированной поверхности должен обеспечивать нормальную эксплуатацию машин при выполнении различных работ. В период проведения горнотехнической рекультивации к каждому участку должна быть устроена подъездная дорога.

Проведение биологической рекультивации на токсичных вскрышных породах возможно только при условии создания экранирующего (защитного) слоя, прерывающего ток солей из нижних горизонтов в верхние. Перспективность указанного способа селективного формирования отвала, сложенного токсичными породами, доказана на примерах отечественного и зарубежного опыта рекультивации нарушенных земель.

Мощность экранирующего слоя зависит от типа породы и должна быть не менее 0,4 м. Экранирующий слой создается из щебня и нетоксичных глин, при необходимости сохранения атмосферных осадков – из смеси щебня и нетоксичных глин.

При рекультивации ранее отработанных отвалов необходимо проводить обследование с целью установления пригодности ЭШ-10/60

Рис. 7. Схема селективного отвалообразования с применением мехлопаты, отвалообразователя и драглайна при мощности вскрышных пород 16 м

Обычно на большинстве отработанных отвалов пространственная разобщенность участков, сложенных благоприятными и токсичными грунтами, затрудняет, а иногда исключают возможность дифференцированно рекультивировать отвалы. Это обусловлено проникновением вместе с атмосферными осадками солей из токсичных грунтов, и пригодные для произрастания растений участки постепенно превратятся в непригодные. Учитывая вышесказанное, необходимо создавать экранирующий слой на всей поверхности отвала.

При рекультивации шламоотстойников проводят обследование площади, планировку поверхности, укладку плодородных грунтов. Обычно подготовленные участки шламоотстойников используют в сельском хозяйстве.

При бестранспортной системе разработки пустые породы укладываются в выработанное пространство карьера. При этом

 

Рис. 8. Укладка плодородных грунтов веерным способом

во внутренний отвал

весьма важно правильно выбрать технологию укладки пород в отвал, при которой объем планирования поверхности минимальный. Технологическая схема укладки пород во внутренний отвал драглайном ЭШ-10/60 показана на рис. 8. По мере продвигания фронта отвальных работ, бульдозером производят первичную планировку поверхности внутреннего отвала. После усадки пород производят вторичную их планировку для устранения возникших неровностей. На спланированную поверхность отвала укладывают потенциально плодородные грунты и плодородную почву. При наличии токсичных грунтов создают экранирующий слой.

Особенность технологии горнотехнической рекультивации при внутреннем отвалообразовании – отсутствие выполаживания и террасирования откосов отвала. Недостаток – большой объем планировочных работ.

Для снижения объемов планировки поверхности внутренних отвалов рекомендуется веерная схема укладки вскрышных пород. По этой схеме вскрышные породы складируют слоями по дуге на радиус разгрузки экскаватора. Угол поворота экскаватора изменяется от 0 до 90°, считая от направления перемещения экскаватора вдоль фронта работ. По мере увеличе-

Рис. 9. Схема селективного отвалообразования с применением драглайнов

ЭШ-4/40 и ЭШ-8/60

 

ния угла поворота межгребневое пространство сокращается. Максимальное расстояние между гребнями по фронту работ равно шагу перемещения экскаватора. Уменьшение шага передвижки позволяет более равномерно размещать вскрышные породы в отвал и сократить объем планировки. Создание отвалов «плоской» формы (полная веерная укладка) при использовании на вскрышных работах драглайнов ЭШ-6/60, ЭШ-8/60 и ЭШ-4/40 возможно при мощности пород вскрыши до 20 м и ширине за-ходки не более 40 м (рис. 4.12).

При разработке россыпных месторождений порядок выполнения рекультивационных работ зависит от принятой технологии отработки карьерного поля. При дражном способе (рис. 4.13) вскрышные породы отрабатывают по усложненной бестранспортной системе разработки экскаватором ЭШ-10/60 с укладкой пород в выработанное пространство (на дражные отвалы, эфели).

2,

Рис. 10. Технологическая схема рекультивации дражных отвалов:

 

/ – ЭШ-10/60; 2 – драга; 3 – дражные отвалы; 4 – внутренние отвалы; 5 – ЭШ-5/45; 6 – рекультивируемые участки; 7 – лесонасаждения; 8 – водоем

Планировка поверхности отвалов и формирование рельефа рекультивируемых участков осуществляются экскаватором ЭШ-5/45. Окончательную планировку отвальных участков производят бульдозерами. Для исключения заболоченности и создания благоприятных условий восстановления гидростатики грунтовых вод на рекультивированном участке создают искусственный водоем.

При разработке мягких вскрышных пород в качестве выемоч-но-погрузочного оборудования применяют роторные комплексы. Укладка пород осуществляется транспортно-отвальными мостами или конвейерными отвалообразователями.

На рис. 11 приведена технологическая схема раздельной укладки пород вскрыши на конвейерные отвалы. Вскрышные породы в отвал укладывает отвалообразователь. Реверсивный питатель на конвейерной ленте служит для равномерной отсыпки по поверхности отвала плодородных грунтов.

При комбинированной системе разработки (примером яв-Бевченковский карьер Орджоникидзевского ГОКа) вскрышные породы отрабатываются тремя уступами. Нижний уступ отрабатывается драглайном. Вскрышные породы укладывают во внутренний отвал. Вышележащий уступ отрабатывают роторным экскаватором с перемещением породы всг второй ярус внутреннего отвала. Вскрышные породы верхнего уступа, состоящие из пригодных для рекультивации грунтов, извлекают роторным экскаватором, транспортируют конвейерами и укладывают отвалообразователем в верхнюю часть отвала; планировку потенциально плодородных грунтов производят драглайном и бульдозером (рис. 4.15).

 

Рис. 11. Схема развития конвейерных отвалов с раздельной укладкой суглинков:

а – одностороннее веерное; б – двустороннее веерное; в – двустороннее параллельное; / – конвейер; 2 – перегружатель; 3 – реверсивный питатель; 4 – отвалообразователь

Снятую плодородную почву укладывают в бурты вдоль верхней бровки вскрышного уступа. Расстояние между буртами составляет 30–50 м. Погрузка почвы осуществляется роторным экскаватором на конвейер, а укладка – отвалообразователем на спланированную поверхность потенциально плодородных грунтов мощностью 0,5 м.

Достоинство технологической схемы –возможность использования основного технологического оборудования на производстве рекультивационных работ. Недостаток –сложная организация работ при выемке и укладке потенциально плодородных грунтов и плодородной почвы; большие потери плодородной почвы.

В отличие от вышеуказанной технологической схемы, возможна разработка вскрышных пород второго уступа и укладка их в отвал драглайном. Плодородная почва транспортируется конвейерами и укладывается в бурты отвалообразователем (рис. 12).

После подвигания фронта горных работ почва развозится и укладывается автотранспортом по площади отвала и планируется бульдозером. Достоинство данной технологической

схемы – более простая организация работ по снятию и укладке плодородной почвы. Недостаток – большой объем планировочных работ.

Планомерной передаче восстанавливаемых земель для использования в народном хозяйстве способствует календарный план работ по горнотехнической

Рис. 12. Технологическая схема рекультивации отвалов с применением роторного комплекса и драглайнов

Рис. 13. Технологическая схема рекультивации отвалов с применением роторных комплексов

 

рекультивации, в котором предусматриваются объем работ, время их проведения и сроки передачи рекультивируемых земель.