СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ КАРЬЕРОВ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2011 года по МПК E21C41/32 

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при рекультивации и консервации неглубоких карьеров, расположенных в аллювиальных отложениях, в том числе при добыче стройматериалов и разработке россыпей.

В связи с ухудшением горнотехнических условий разработки месторождений полезных ископаемых ежегодно растет удельная землеемкость (м²/т) горных работ, в результате чего в настоящее время общая площадь нарушенных открытыми горными работами земель в России превышает три миллиона гектаров. Вопросы восстановления нарушенных земель в настоящий период весьма актуальны и включены в приоритетное направление развития науки и технологий «Технологии экологически безопасной разработки месторождений и добычи полезных ископаемых».

Известен способ рекультивации неглубоких карьеров (глубина 2-8 м) с отвалами вскрышных пород, размещенных на одном или двух бортах [Зубченко Г.В., Сулин Г.А. Рациональное использование водно-земельных ресурсов при разработке россыпей. - М.: Недра, 1980, с.189-190, с.198-199.]. Рекультивация здесь сводится к переэкскавации всех или части породных отвалов в выработанное пространство и последующему выравниванию поверхности (прибортовой полосы карьера) под углом 3-6°.

Общим признаком аналога с заявленным объектом является выполаживание бортов и засыпка дна карьера.

Недостатком способа является невозможность осуществления ускоренного восстановления нарушенных земель с использованием данного технического решения при небольшой мощности вскрышных пород, что не позволяет полностью сформировать растительный слой на нарушенной поверхности, а также в связи с эрозией выположенных бортов карьера из-за формирования их из рыхлых отложений, перекрывающих продуктивный пласт.

При разработке многих месторождений полезных ископаемых мощность пустых пород, перекрывающих пласт полезного ископаемого, невелика, поэтому вскрышных пород недостаточно для выполаживания бортов и засыпки выработанного пространства (в том числе месторождения песчано-гравийной смеси, песка, глины, россыпи). Данный способ неприемлем для карьеров с незначительным количеством вскрышных пород.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ рекультивации при открытой разработке месторождений (а.с. №1062392, кл. Е21С 41/00 / В.И.Горкунов, B.C.Завалишин, К.З.Валиев, опубликовано 23.12.83, бюл. №47).

Общими признаками прототипа с заявленным способом являются перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад (отвал) на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладка почвенного слоя на вскрышные породы.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что основным недостатком последнего является низкая устойчивость сформированных из рыхлых отложений выположенных бортов карьера к водной эрозии. При разработке месторождений песка, глины и песчано-гравийной смеси вновь сформированные борта рекультивированной выработки размываются дождевыми и талыми водами, в связи с чем затягивается их естественное зарастание. Кроме того, данный способ связан с повышенной опасностью работы горного оборудования на бортах карьера из-за возможности их обрушения или оползания, а также с дополнительным нарушением земель за пределами контура карьера. В случае создания в выработанном пространстве водоема его глубина на многих карьерах может быть недостаточной для сохранения ихтиофауны в зимний период.

Группа изобретений направлена на создание технологий рекультивации нарушенных земель, обеспечивающих более быстрое их восстановление при различных горно-технических параметрах разработки месторождений и природно-климатических условиях.

Технический результат заключается в обеспечении ускоренного восстановления экосистемы нарушенных горными работами земель за счет повышения устойчивости выположенных бортов карьера к эрозионным процессам и оползанию путем формирования их из более крепких пород, взятых со дна карьера, а также за счет создания в выработанном пространстве водоемов с благоприятными для восстановления их биологической продуктивности параметрами. Углубление карьера позволяет исключить полное промерзание создаваемого водоема в зимний период, приводящее к гибели ихтиофауны.

Технический результат достигается тем, что в способе рекультивации карьеров, охарактеризованном в п.1 формулы изобретения, включающем раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, согласно изобретению выполаживание бортов осуществляют снизу вверх путем их подсыпки с использованием пород, взятых со дна карьера.

Подсыпка бортов более крепкими породами, взятыми со дна карьера (песчаники, аргиллиты, сланцы, алевролиты и т.д.), позволяет увеличить устойчивость бортов к эрозионным процессам и обеспечить необходимый отвод излишек воды во время осадков и таяния снега из поверхностных слоев (слой вскрышных пород и почвы), выполняя роль дренажного устройства и предотвращая оползневые явления. При разработке месторождений глины и песка после рекультивации карьеров без укрепления бортов размыв последних продолжается длительное время. При незначительной мощности перекрывающих продуктивный пласт пород (при коэффициенте вскрыши менее 0,3-0,5) объемов отвалов недостаточно для выполаживания бортов известными способами либо требуется дополнительное нарушение поверхности за пределами контуров карьера. Подсыпка бортов породами со дна карьера позволяет обеспечить выполаживание без увеличения землеемкости горных работ.

При достаточно большой глубине карьера с целью сокращения трудоемкости рекультивационных работ осуществляют частичную подсыпку бортов карьера.

Технический результат достигается тем, что в способе рекультивации карьеров, охарактеризованном в п.2 формулы изобретения, включающем раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный отвал на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, согласно изобретению выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх до кровли продуктивного пласта с использованием пород, взятых со дна карьера, после чего выполаживание производят сверху вниз с использованием вскрышных пород.

Подсыпка бортов до кровли продуктивного пласта позволяет предохранить от эрозии слабые породы, представляющие полезное ископаемое (песок, глина), а также обеспечить консервацию пласта угля и предотвратить его окисление или возгорание.

В случае консервации карьера подсыпка бортов полускальными породами позволяет уменьшить объем работ по перекрытию полезного ископаемого за счет увеличения угла откоса подсыпки, а также сокращает разубоживание минерального сырья за счет предотвращения естественного выполаживания в результате эрозионных процессов.

В случае рекультивации карьера с созданием в выработанном пространстве водоема подсыпка бортов предотвращает абразию или волновую эрозию выположенных бортов.

Технический результат достигается тем, что в способе рекультивации карьеров, охарактеризованном в п.3 формулы изобретения, включающем раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный отвал на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, согласно изобретению выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх с использованием пород, взятых со дна карьера, до максимальной отметки прогнозируемого уровня воды в затапливаемом после рекультивации карьере, после чего выполаживание производят сверху вниз с использованием вскрышных пород.

В связи со значительными колебаниями уровня воды в создаваемых при рекультивации водоемах и волновом воздействии на прибрежную зону борта карьера, сложенные рыхлыми отложениями, подвергаются экзогенным процессам и интенсивной эрозии с заиливанием дна. Укрепление их полускальными породами позволит повысить их противоэрозионную устойчивость.

При разработке многих месторождений стройматериалов в поймах рек, а также россыпей вдоль небольших речек и ручьев глубина карьеров ограничивается несколькими метрами. После завершения добычных работ обеспечить самотечное удаление воды из выработанного пространства довольно сложно и часто связано с дополнительным нарушением земель при создании водоотводной траншеи. Вместе с тем, созданию в выработанном пространстве водоема препятствует незначительная глубина карьера, при которой водоем может промерзать до дна. Последний факт резко затрудняет процесс воссоздания ихтиофауны и ихтиофлоры в этих водоемах из-за их гибели в зимний период. В ряде случаев происходит заболачивание выработанного пространства. В этих условиях углубление выработки позволяет предотвратить промерзание водоема до дна и таким образом обеспечивает более интенсивное развитие его биологической продуктивности.

В таких условиях технический результат достигается тем, что в способе рекультивации карьеров, охарактеризованном в п.4 формулы изобретения, включающем раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный отвал на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладка почвенного слоя на вскрышные породы, согласно изобретению, выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх с использованием пород, взятых со дна карьера за счет его углубки, до отметки, соответствующей глубине создаваемого в рекультивированном карьере водоема на 0,5-1,0 м больше толщины льда.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема ведения работ по рекультивации карьеров по варианту, охарактеризованному в п.1 формулы изобретения, где

1 - слой почвы;

2 - слой вскрышных пород;

3 - пласт полезного ископаемого;

4 - подстилающие (полускальные) породы (плотик);

5 - борт карьера;

6 - подсыпка борта породами, взятыми со дна карьера;

7 - слой задирки плотика из полускальных пород (обозначен пунктиром);

8 - слой вскрышных пород на выположенном борту и дне карьере;

9 - слой почвы на выположенной поверхности вскрышных пород;

10 - временный отвал вскрышных пород (обозначен пунктиром);

11 - временный склад почвы (обозначен пунктиром).

На фиг.2 представлена схема проведения работ по рекультивации карьеров по варианту, охарактеризованному в п.2 формулы изобретения, где

позиции с 1-11 те же, что и на фиг.1,

12 - призма из пород вскрыши, перемещаемых при выполаживании.

На фиг.3 представлена схема проведения работ по рекультивации карьеров по варианту, охарактеризованному в п.3 формулы изобретения, где позиции с 1-12 те же, что и на фиг.1 и 2.

На фиг.4 представлена схема проведения работ по рекультивации карьеров по варианту, охарактеризованному в п.4 формулы изобретения, где позиции с 1-12 те же, что и на фиг.1-3.

Способ по варианту, описанному в п.1 формулы изобретения, осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности снимают слой почвы 1 и транспортируют ее на склад 11, расположенный на дне карьера или на спланированном ранее слое вскрышных пород 8. Выемку слоя почвы 1 могут осуществлять бульдозером с укладкой ее во временные навалы, из которых почвенный слой экскаватором перегружают в автотранспорт и перевозят к месту складирования в центр карьерного поля. После этого производят вскрышные работы с размещением пустых пород 2 во временные ленточные отвалы 10 за контуром карьера на нерабочих бортах 5. Указанные работы могут выполнять бульдозерами или скреперами. По завершении вскрышных работ производят выемку полезного ископаемого 3 в намеченных контурах. После актировки отработанных площадей производят выполаживание бортов с использованием полускальных пород 7, взятых со дна карьера.

Выемку (задирку) подстилающих пласт полезного ископаемого 3 слоя полускальных пород 7 производят бульдозерами, при необходимости оборудованными рыхлителями. Подсыпку бортов карьера 5 осуществляют послойно с углом откоса выположенного борта 7-23° в зависимости от направления рекультивации нарушенных земель.

Подсыпку бортов могут производить как до верхней бровки, так и чуть ниже ее. Высота подсыпки определяется с учетом суммарной мощности слоя вскрышных пород 8, наносимых сверху, и мощности почвенного слоя 9, а также с учетом величины осадки и степени заполнения пор полускальных пород, взятых со дна карьера 7, рыхлыми отложениями пород вскрыши 2.

С целью ускорения самозарастания рекультивированной поверхности полускальные породы 7, составляющие подсыпку 6, засыпают слоем вскрышных пород 2 мощностью не менее 0,2-0,4 м, взятых из временных отвалов 10, расположенных у кромки бортов. Вскрышные породы 2 частично заполняют поры полускальных пород подсыпки 6 и тем самым создают устойчивый к эрозии и потенциально плодородный слой пород.

После нанесения слоя вскрышных пород 8 на выположенные борта и дно карьера поверх него укладывают слой почвы 9, взятый из временного склада почвы 11. Слой почвы наносят бульдозером.

Способ по варианту, описанному в п.2 формулы изобретения, осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности снимают слой почвы 1 и транспортируют ее на склад 11, расположенный на дне карьера или на спланированном ранее слое вскрышных пород 8. Выемку слоя почвы 1 могут осуществлять бульдозером с укладкой ее во временные навалы, из которых почвенный слой экскаватором перегружают в автотранспорт и перевозят к месту складирования в центр карьерного поля. После этого производят вскрышные работы с размещением пустых пород 2 во временные ленточные отвалы 10 за контуром карьера на нерабочих бортах 5. Указанные работы могут выполнять бульдозерами или скреперами. По завершении вскрышных работ производят выемку полезного ископаемого 3 в намеченных контурах. После актировки отработанных площадей производят выполаживание бортов с использованием полускальных пород 7, взятых со дна карьера.

Выемку (задирку) подстилающих пласт полезного ископаемого 3 слоя полускальных пород 7 производят бульдозерами, при необходимости оборудованными рыхлителями. Подсыпку бортов карьера 5 осуществляют послойно с углом откоса выположенного борта 7-23° в зависимости от направления рекультивации нарушенных земель.

Данный вариант способа рекультивации целесообразно применять при достаточно большой мощности вскрышных пород, поэтому с целью сокращения трудоемкости работ подсыпку бортов осуществляют до кровли продуктивного пласта. После этого породы вскрыши из отвалов 10 и призмы 12 у верхней бровки бортов выше кровли продуктивного пласта 3 укладывают бульдозером на выположенный борт и дно карьера.

После нанесения слоя вскрышных пород 8 на выположенные борта и дно карьера поверх него наносят слой почвы 9, взятый из временного склада почвы 11. Слой почвы наносят бульдозером.

Способ по варианту, описанному в п.3 формулы изобретения, осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности снимают слой почвы 1 и транспортируют ее на склад 11, расположенный на дне карьера или на спланированном ранее слое вскрышных пород 8. Выемку слоя почвы 1 могут осуществлять бульдозером с укладкой ее во временные навалы, из которых почвенный слой экскаватором перегружают в автотранспорт и перевозят к месту складирования в центр карьерного поля. После этого производят вскрышные работы с размещением пустых пород 2 во временные ленточные отвалы 10 за контуром карьера на нерабочих бортах 5. Указанные работы могут выполнять бульдозерами или скреперами. По завершении вскрышных работ производят выемку полезного ископаемого 3 в намеченных контурах. После актировки отработанных площадей производят выполаживание бортов с использованием полускальных пород 7, взятых со дна карьера.

Выемку (задирку) подстилающих пласт полезного ископаемого 3 слоя полускальных пород 7 производят бульдозерами, при необходимости оборудованными рыхлителями. Подсыпку бортов карьера 5 осуществляют послойно с углом откоса выположенного борта 7-23° в зависимости от направления рекультивации нарушенных земель.

С целью уменьшения объемов работ по подсыпке бортов в случаях создания водоемов в выработанном пространстве подсыпку осуществляют до отметок, соответствующих максимально возможному уровню воды после затопления выработки (как правило, максимальному естественному уровню грунтовых вод).

После этого породы вскрыши из временных отвалов 10 и призмы 12 у верхней бровки бортов выше кровли продуктивного пласта 3 укладывают бульдозером на выположенный борт и дно карьера.

После нанесения слоя вскрышных пород 8 на выположенные борта и дно карьера поверх него наносят слой почвы 9, взятый из временного склада почвы 11. Слой почвы наносят бульдозером.

Способ по варианту, описанному в п.4 формулы изобретения, осуществляется следующим образом. После очистки карьерного поля от растительности снимают слой почвы 1 и транспортируют ее на склад 11, расположенный на дне карьера или на спланированном ранее слое вскрышных пород 8. Выемку слоя почвы 1 могут осуществлять бульдозером с укладкой ее во временные навалы, из которых почвенный слой экскаватором перегружают в автотранспорт и перевозят к месту складирования в центр карьерного поля. После этого производят вскрышные работы с размещением пустых пород 2 во временные ленточные отвалы 10 за контуром карьера на нерабочих бортах 5. Указанные работы могут выполнять бульдозерами или скреперами. По завершении вскрышных работ производят выемку полезного ископаемого 3 в намеченных контурах. После актировки отработанных площадей производят выполаживание бортов с использованием полускальных пород 7, взятых со дна карьера.

Выемку (задирку) подстилающих пласт полезного ископаемого 3 слоя полускальных пород 7 производят бульдозерами, при необходимости оборудованными рыхлителями. Подсыпку бортов карьера 5 осуществляют послойно с углом откоса выположенного борта 7-23° в зависимости от направления рекультивации нарушенных земель.

Данный вариант способа рекультивации следует применять при большой площади выработанного пространства и незначительном превышении естественного уровня грунтовых вод над дном карьера (менее 1,5 м). В этом случае следует углубить карьер при рекультивации не менее чем на 0,5 м. При этом параметры подсыпки бортов определяются объемом пород, полученных при углубке. Поперечное сечение подсыпки 6 будет иметь трапециевидную форму. После этого породы вскрыши из временных отвалов 10 и призмы 12 у верхней бровки бортов выше кровли продуктивного пласта 3 укладывают бульдозером на выположенный борт и дно карьера.

После нанесения слоя вскрышных пород 8 на выположенные борта и дно карьера поверх него укладывают слой почвы 9, взятый из временного склада почвы 11. Слой почвы наносят бульдозером.

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при рекультивации и консервации неглубоких карьеров, расположенных в аллювиальных отложениях, в том числе при добыче стройматериалов и разработке россыпей. Техническим результатом является ускорение процесса восстановления нарушенных земель за счет повышения устойчивости выположенных бортов карьера к эрозионным процессам, а также за счет создания в выработанном пространстве водоемов с благоприятными для восстановления их биологической продуктивности параметрами. Для этого выполаживание бортов карьера осуществляется снизу вверх путем их подсыпки с использованием более крепких пород, взятых со дна карьера. Подсыпка может осуществляться до разных вертикальных отметок на борту карьера в зависимости от горнотехнических условий залегания месторождения. 4 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ рекультивации карьеров, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, отличающийся тем, что выполаживание бортов осуществляют снизу вверх путем их подсыпки с использованием пород, взятых со дна карьера.

2. Способ рекультивации карьеров, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, отличающийся тем, что выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх до кровли продуктивного пласта с использованием пород, взятых со дна карьера, после чего выполаживание производят сверху вниз с использованием вскрышных пород.

3. Способ рекультивации карьеров, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, отличающийся тем, что выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх с использованием пород, взятых со дна карьера, до максимальной отметки прогнозируемого уровня воды в затапливаемом после рекультивации карьере, после чего выполаживание производят сверху вниз с использованием вскрышных пород.

4. Способ рекультивации карьеров, включающий раздельную выемку, перемещение и складирование вскрышных пород у границ карьерного поля на нерабочих бортах в ленточные отвалы, а почвенного слоя в ленточный склад на дно в центре отработанного карьерного поля, перемещение вскрышных пород на выположенную поверхность бортов и дно карьера и укладку почвенного слоя на вскрышные породы, отличающийся тем, что выполаживание бортов осуществляют путем их подсыпки снизу вверх с использованием пород, взятых со дна карьера за счет его углубки до отметки, соответствующей глубине создаваемого в рекультивированном карьере водоема, на 0,5-1,0 м больше толщины льда.