СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ, НАРУШЕННЫХ ДРАЖНЫМИ РАЗРАБОТКАМИ Российский патент 2014 года по МПК E21C41/32 A01B79/02 

Изобретение относится к способам рекультивации земель в долинах рек, нарушенных дражными разработками.

В результате дражной разработки в долинах рек естественная ландшафтная структура полностью деформируется и формируется техногенный ландшафт, основные компоненты которого в значительной степени изменены (нарушены) хозяйственной деятельностью (литомасса, водная масса), либо полностью уничтожены (почва, фитомасса). Основные ландшафтные функции - фито- и кислородопродуцирующая, а также противоэрозионная и водоохранно-защитная таким ландшафтным участком не осуществляются.

Драга в процессе разработки россыпных месторождений диспергирует глинистые горные породы, оставляя грубообломочные и песчаные фракции на полигоне работ в дражных отвалах. Пылеватые и глинистые частицы со сточными водами формируют твердый сток и мигрируют с полигона работ вниз по течению реки. Образующиеся дражные отложения приобретают новые свойства: они характеризуются низкой плотностью сложения, высокой пористостью и водопроницаемостью, низким содержанием алеврито-пелитовых фракций, особенно на поверхности полигона работ. По результатам исследований [Караваева Т.И. Геологическое обоснование использования аллювиально-техногенных отложений для очистки поверхностных вод от взвешенных веществ (на примере бассейна р. Вишеры): Дис… к.г.-м.н. Пермь, 2010] в гранулометрическом составе дражных отложений преобладают песчаные, гравийные и галечниковые фракции. Содержание тонкодисперсных фракций (<0,05 мм) не превышает 1,5-2,0%. Дражные отложения представляют собой своеобразный субстрат для развития процессов почвообразования, специфика которого обусловлена малым содержанием мелкозема - носителя элементов плодородия, высокой влагопроницаемостью и низкой водоудерживающей способностью вследствие хрящеватости и завалуненности. Перечисленные неблагоприятные особенности сдерживают развитие биогенных компонентов и тормозят процесс почвообразования в целом, поэтому почвенно-растительный покров на нарушенных территориях восстанавливается крайне медленно. Физико-химические свойства дражных отложений отличаются от естественных почвенных показателей по всем отслеживаемым параметрам: содержанию и запасу гумуса (менее 1 т/га), элементов плодородия - фосфора, калия, и по кислотности среды [Доработка россыпного месторождения алмазов среднего течения р. Б. Колчим действующей драгой №141: Рабочий проект. Том 4. Оценка воздействия на окружающую среду / ЕНИ при ПГУ. Пермь, 2004 г. 35 c.]. Такие отложения при рекультивации территории требуют дополнительных мероприятий по улучшению их физико-химических характеристик.

В соответствии с основными положениями о рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы рекультивация осуществляется последовательно в два этапа: технический и биологический. Техническим этапом предусматривается планировка территории и нанесение плодородного слоя почвы. Биологический этап включает комплекс агротехнических и фитомелиоративных мероприятий.

На дражных полигонах основными работами по горнотехнической рекультивации являются разваловка и выполаживание отвалов вскрыши, поскольку они создают наибольшие нарушения, особенно своей высотой, углами откосов, занимаемой площадью, а также бульдозерное выравнивание рельефа. Плодородный слой почвы в связи с малой мощностью (до 10 см), большим количеством валунно-галечного материала в соответствии с ГОСТ 17.5.3.06-85 [Охрана природы. Земли. Требования к определению норм снятия плодородного слоя почвы при производстве земляных работ: ГОСТ 17.5.3.06-85. Утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 17 июля 1985 г. №2256.] снимается и складируется совместно с другими вскрышными породами, что не позволяет использовать его в дальнейшем при рекультивации.

Рекультивационные мероприятия на участках дражных разработок трудоемки и затратны в материальном плане, поскольку в связи с завалуненностью отложений механизированные работы на этапе биологической рекультивации невозможны. Как правило, после проведенного выравнивания рельефа осуществляется передача земель под естественное зарастание. Практика работ свидетельствует о неудовлетворительных результатах такой рекультивации. По результатам обследования месторождений на севере Пермского края через пять лет после рекультивации и передачи территории под самозарастание состояние ее практически не изменилось - растительность не восстановилась [Ворончихина Е.А. Рекультивация нарушенных ландшафтов: теория, технологии, региональные аспекты: монография / Е.А. Ворончихина. Пермь, 2010 г. 163 с.].

Аналогом предлагаемого способа рекультивации за счет насыщения глинистым материалом порового пространства отложений является применяемый на биологическом этапе рекультивации гидропосев травосмесей. На рекультивируемый участок струей воды с использованием гидросеялок наносится рабочая смесь (гидросмесь), содержащая, кроме воды, семена многолетних трав, минеральные удобрения, мульчирующие и стабилизирующие вещества. Нанесенная гидросмесь создает условия, необходимые для прорастания семян, для начального роста и развития трав без предварительного нанесения слоя органики на минеральный грунт. Метод гидропосева широко используется при закреплении откосов автомобильных и железных дорог (Лобовиков Н.Н. Технология биологической рекультивации нарушенных земель на европейском севере / Н.Н. Лобовиков, Н.П. Акульшина. Сыктывкар, Сыктывкарский государственный университет, 1990 г., 12 с.).

Прототипом предлагаемого способа является используемый на практике технический этап рекультивации, при котором на предварительно спланированную поверхность участка наносится плодородный слой земли для последующих посадок растительности [Основные положения о рекультивации земель, снятии, сохранении и рациональном использовании плодородного слоя почвы. Утв. Минприроды России и Роскомзема от 22 декабря 1995 г. №525/67 [Электронный ресурс]. Электрон, дан. Информационно-правовой портал «Гарант». URL: http://base.garant.ru/2107557/. Дата обращения 07.11.2012 г.].

Плодородный или потенциально плодородный слой может быть естественным или специально подготовленным и привезенным на участок рекультивации.

Общим в способах рекультивации является искусственное создание плодородного или потенциально плодородного слоя земли.

Принципиальное отличие заключается в том, что в предлагаемом способе рекультивации для создания потенциально плодородного слоя используются отходы дражного производства - глинистые вещества, находящиеся во взвешенном состоянии в сточных водах дражного водоема. Эти вещества не выносятся в реки и не становятся загрязнителями природной среды, а в основном остаются на месте их образования - полигоне дражных работ, кольматируют поровое пространство дражных отложений и создают плодородную основу почвы. Отличие также заключается в способе доставки потенциально плодородной основы на участок - производится полив фильтрационных полей сточной водой из дражного водоема и осаждение в норовом пространстве отложений за счет кольматации.

Основной задачей предлагаемого способа рекультивации нарушенных территорий является возвращение глинистого материала в поровое пространство грубообломочных дражных отложений, что приведет к насыщению отложений мелкоземом и к улучшению водно-теплового режима и повышению плодородия.

Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в формуле изобретения, таких как способ рекультивации земель, нарушенных дражными разработками, характеризуется тем, что в долине реки сооружают дамбы обвалования для создания полей фильтрации и предотвращения растекания сточных вод с участка рекультивации, при этом сточную воду из дражного водоема со значительным содержанием взвешенных глинистых частиц подают по шлангам на спланированную поверхность участка рекультивации, причем место подачи пульпы периодически изменяют по площади рекультивируемого участка.

Вышеперечисленная совокупность существенных признаков позволяет получить следующий технический результат - при фильтрации воды вглубь массива отложений и растекании по участку происходит кольматация порового пространства глинистыми частицами и создается потенциально плодородный слой, пригодный для естественного возобновления растительности или для биологической рекультивации.

Изобретение иллюстрируется нижеследующими примерами и схемой размещения дражного водоема и рекультивируемого участка на фиг.1 и фиг.2 профиль реки с рекультивируемым участком (А-Б).

Рекультивации подвергаются участки вблизи дражного (технологического) водоема 2, не планируемые к повторной разработке. Вода с высоким содержанием взвешенных глинистых частиц (пульпа) 7 подается насосом 6 по трубопроводу 5 из дражного водоема 2 на рекультивируемые участки 1. Позицией 8 указана дамба дражного водоема 2. (фиг.1) От русла реки 3 и вниз по течению участки рекультивации ограждаются дамбами-валами 4 высотой 0,5-1,0 м, которые препятствуют быстрому отеканию подаваемой воды и эрозионному размыву поверхности. В результате происходит инфильтрация воды и аккумуляция мелкозема в поровом пространстве, что позволяет быстро создать потенциально плодородный субстрат 10 (фиг.2). Для более равномерного заполнения мелкоземом порового пространства на площади рекультивируемого участка 1 место подачи воды «В» периодически изменяется. В процессе нисходящей фильтрации пульпы до уровня грунтовых вод и фильтрации в направлении русла реки с потоком грунтовых вод 9 происходит осаждение взвешенных глинистых веществ в поровом пространстве дражных отложений.

В долине р. Б. Колчим в Красновишерском районе Пермского края на отработанном дражном полигоне проведены исследования по осаждению взвешенных веществ из сточных (дражных) вод при фильтрации их через песчаные дражные отложения. Дражные отложения представлены кварцевыми песками крупными и средней крупности. В гранулометрическом составе песчаные фракции 0,05-2,0 мм составляют 90% от общей массы, содержание глинистых частиц - в среднем около 0,5%. Пористость отложений изменяется от 49 до 59%, коэффициенты фильтрации находятся в пределах 7,5-22,1 м/сутки. Напорная фильтрация осуществлялась с более высоких гипсометрических отметок в сторону русла реки. Концентрация взвешенных веществ в сточных водах достигала 1975 мг/дм³. При напорном градиенте 0,040-0,047 и длине пути фильтрации 26,5-39,6 м (на разных участках полигона) концентрация взвешенных веществ в очищенных водах составила 7-54 мг/дм³. В поровом пространстве песчаных дражных отложений было задержано 89,9-99,3% взвешенных веществ. Из каждого литра профильтровавшейся пульпы в поровом пространстве осталось до 1,9 г взвешенных глинистых частиц, обогатив дражные отложения мелкоземом - основным носителем элементов плодородия.

Преимуществом предложенного способа рекультивации земель является возможность одновременного проведения добычных и рекультивационных работ, что значительно сокращает сроки восстановления нарушенных территорий. Кроме того, в результате фильтрации и осаждения взвешенных частиц в поровом пространстве решается проблема очистки некоторого объема сточных дражных вод.

Результат предложенного способа рекультивации заключается в обогащении крупнообломочного материала тонкодисперсными фракциями и создании благоприятных условий (водно-теплового режима) для естественного возобновления растительности на дражных полигонах.

Результат достигается подачей сточных вод, загрязненных взвешенными веществами глинистой фракции, из дражного водоема на рекультивируемую поверхность (фиг.1). На полигон, расположенный ниже рабочего водоема драги, сточная вода подается насосом по шлангам большого диаметра. Участок рекультивации предварительно ограждается дамбами-валами высотой 0,5-1,0 м для предотвращения растекания сточных вод за пределы участка и попадания в реку (фиг.2). Свободно изливающаяся на поверхность полигона из шланга сточная вода частично инфильтруется в массив отложений, а частично стекает вниз по рекультивируемому участку к дамбам обвалования. Постепенно происходит кольматация порового пространства взвешенными веществами глинистой фракции в пределах сектора участка. После кольматации отложений глинистыми частицами на глубину не менее 10 см, шланг перемещается по поверхности участка для полива и кольматации смежного сектора. Аналогичным образом, производится рекультивация всего участка полигона работ драги. В процессе кольматации глинистыми частицами порового пространства отложений на поверхности полигона работ создается потенциально плодородный слой грунта, пригодный для посева многолетних трав или древесной растительности, а также для естественного возобновления растительности на начальном этапе сукцессии.

Практическое использование предлагаемого способа рекультивации возможно в долинах любых равнинных и предгорных рек, где в составе отложений в достаточном количестве присутствуют глинистые фракции. В процессе кольматации отложений глинистыми частицами и создания потенциально плодородного слоя происходит значительное снижение техногенной нагрузки на водные экосистемы территории. Вода частично осветляется отстоем на полях фильтрации и степень негативного воздействия взвешенных частиц на поверхностные воды снижается. Использование способа рекультивации позволяет значительно снизить платежи предприятия за загрязнение поверхностных вод взвешенными веществами. Капитальные затраты на рекультивацию участка отсутствуют. Подготовительные работы включают предварительное выравнивание участка и создание дамб обвалования для ограничения растекания сточных вод. Эксплуатационные затраты при отработке полигона драгой ходом сверху вниз связаны с работой насоса для подачи сточных вод из дражного водоема на рекультивируемый участок и периодическим привлечением рабочего для переноса шланга на соседний сектор полива. При отработке полигона драгой снизу вверх вода из дражного водоема подается по шлангу самотеком от подпорной плотины дражного водоема, и насос не требуется.

Данное описание и примеры рассматриваются как материал, иллюстрирующий изобретение, сущность которого и объем патентных притязаний определены в нижеследующей формуле изобретения, совокупностью существенных признаков и их эквивалентами.

Изобретение относится к способам рекультивации земель в долинах рек, нарушенных дражными разработками. Техническим результатом является возвращение глинистого материала в поровое пространство грубообломочных дражных отложений, что приведет к насыщению отложений мелкоземом и к улучшению водно-теплового режима и повышению плодородия. Способ характеризуется тем, что в долине реки сооружают дамбы обвалования для создания полей фильтрации и предотвращения растекания сточных вод с участка рекультивации. При этом сточную воду из дражного водоема со значительным содержанием взвешенных глинистых частиц подают по шлангам на спланированную поверхность участка рекультивации, причем место подачи пульпы периодически изменяют по площади рекультивируемого участка. 2 ил.

Способ рекультивации земель, нарушенных дражными разработками, характеризующийся тем, что в долине реки сооружают дамбы обвалования для создания полей фильтрации и предотвращения растекания сточных вод с участка рекультивации, при этом сточную воду из дражного водоема со значительным содержанием взвешенных глинистых частиц подают по шлангам на спланированную поверхность участка рекультивации, причем место подачи пульпы периодически изменяют по площади рекультивируемого участка.