СМЕСИ ГРУНТОШЛАМОВЫЕ ДЛЯ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ И СПОСОБ РЕКУЛЬТИВАЦИИ ЗЕМЕЛЬ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СМЕСЕЙ ГРУНТОШЛАМОВЫХ Российский патент 2017 года по МПК B09B1/00 

Изобретение относится к области строительства, рекультивации и мелиорации земель в нефтедобывающих районах путем восстановления рельефа и плодородия почвы с одновременной утилизацией промышленного отхода - бурового шлама.

Технология приготовления и применения смесей грунтошламовых (ГШС) для рекультивации нарушенных земель предусматривает переработку (использование) бурового шлама (состоящего из выбуренной горной породы и отработанного бурового раствора) в искусственный почвоподобный плодородный грунт с последующим применением получаемого материала при рекультивации нарушенных земель различного происхождения: техногенных с нарушенным почвенно-растительным покровом, нефтезагрязненных, занятых кустовыми площадками, амбарами, шламонакопителями, разведочными скважинами, коридорами коммуникаций, сухоройными карьерами и пр.

Известна (смесь почвенная (варианты) и способ рекультивации) по патенту RU2293103, опубликовано 10.04.2006 г.) композиция для рекультивации карьеров и нарушенных земель, включающая торфопесчаную смесь, буровой шлам (БШ), а также активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, и способ рекультивации карьеров и нарушенных земель, включающий приготовление двух смесей, их выдержку для прохождения физико-химических реакций сорбции и обезвреживания токсикантов, транспортировку к месту укладки и послойную их укладку.

Недостатками известной композиции являются:

- бесструктурность вводимого в композицию глинистого БШ, глинисто-коллоидная фаза которого при переувлажнении значительно набухает, теряет прочность, может переходить в текучее состояние и вымываться из композиции, вызывая миграцию токсичных компонентов отходов, загрязнение окружающей среды, приводящая к резкому снижению фильтрации влаги, аэрации, плодородию смеси, приживаемости и произрастанию растений на биологическом этапе рекультивации;

- использование значительных количеств торфа, являющего ценным и ограниченным природным ресурсом, а также качественного строительного песка, предполагающее разработку дополнительных карьеров торфа и песка, что требует отвода и изъятия земель, приводящих к дополнительному негативному воздействию на природу;

- отсутствие связи между степенью засоления или загрязнения бурового шлама и количеством вносимых мелиорантов;

- увеличение стоимости композиции вследствие применения дефицитных добавок (Сойлекс, Деградойлас, УНИ-РЕМ и др.), часть из которых уже не выпускаются или запрещены (прототипом предусмотрено применение сорбента «Униполимер» - карбамидоформальдегидного поропласта - токсичного, выделяющего фенол).

К недостаткам известного способа рекультивации относятся:

1) неудовлетворительные показатели с точки зрения стойкости к эрозии, удержания влаги и произрастания растений в засушливый период при использовании в качестве верхнего рекультивационного слоя 100% торфопесчаной смеси;

2) использование в качестве нижнего рекультивационного слоя композиции с излишним содержанием (49-69%) торфопесчаной смеси; при этом на глубине, в анаэробных условиях не эффективно проходит процесс деструкции и обезвреживания нефтепродуктов и др. экотоксикантов;

3) существенное изменение рН грунта по мере изменения глубины: от слабокислой среды (4-5 ед. рН) в верхнем слое до слабощелочной в нижнем слое (за счет применения негашеной извести), что часто препятствует восстановлению на рекультивированных территориях местных видов растений.

Прототипом заявленного изобретения является способ рекультивации карьеров и нарушенных земель (патент RU2491135, опубл. 27.08.2013), включающий приготовление двух почвенных шламово-грунтовых смесей, их выдержку и послойную укладку, отличающийся тем, что поверх нижнего рекультивационного слоя смеси с содержанием компонентов, об.%:

буровой шлам 50-65 песок или супесчаный грунт 16-25 торф 15-23 активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, в том числе гипс или фосфогипс в количестве 2-3% от ее объема остальное

укладывают верхний рекультивационный слой смеси с содержанием компонентов, об.%:

буровой шлам 30-40 песок или супесчаный грунт 20-30 торф 27-32,5 активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, в том числе гипс или фосфогипс в количестве 1,5-2% от ее объема остальное

Также в прототипе заявлена смесь почвенная шламово-грунтовая для рекультивации карьеров и нарушенных земель, содержащая торфопесчаную смесь, буровой шлам, активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, отличающаяся тем, что в качестве основной мелиорирующей добавки используют гипс или фосфогипс в количестве 2-3% от объема смеси, при этом содержание компонентов в смеси составляет, об.%:

буровой шлам 50-65 песок или супесчаный грунт 16-25 торф 15-23 активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки остальное

В прототипе обеспечивается повышение эффективности рекультивации нарушенных земель с попутной утилизацией отходов бурения, повышение плодородия и экологической безопасности смеси почвенной шламово-грунтовой (СПШГ), нейтрализация воздействия солей и иных возможных токсикантов на растительный биоценоз.

Недостатком прототипа является то, что при переработке бурового шлама в процессе приготовления, транспортировки, укладки грунтошламовой смеси не обеспечивается экологическая безопасность окружающей среды.

Также недостатком прототипа является универсальность применения одинаковой технологии при рекультивации различных грунтов, что не обеспечивает ее эффективность, особенно на торфяных грунтах и грунтах с благоприятными физическими и химическими свойствами.

Задачей, на которую направлено данное изобретение, является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом данного изобретения являются: возможность рекультивации земель без потребности снятия и вывоза испорченного слоя почвы и замены его на грунт; минимальное перемещение отходов до ближайшего шламового амбара, в связи с их последующей переработкой (утилизацией); возможность проведения переработки буровых отходов сразу после их образования, тем самым сокращая расходы на платы за негативное воздействие на окружающую среду, взимаемые в случае их размещения; при переработке бурового шлама в процессе приготовления, транспортировки, укладки смесей грунтошламовых (ГШС) обеспечивается экологическая безопасность окружающей среды; повышение эффективности рекультивации на торфяных грунтах и грунтах с благоприятными физическими и химическими свойствами.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлена смесь почвенная шламово-грунтовая для рекультивации карьеров и нарушенных земель, содержащая торфопесчаную смесь, буровой шлам, активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, отличающаяся тем, что используют буровой шлам плотностью 1,5-1,85 г/см³ и влажностью в пределах 30-60%, при этом содержание компонентов в смеси составляет, мас.%:

буровой шлам 35-50 песок или супесчаный грунт 25-30 торф марки А, Б 25-30 активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки остальное

Также заявлен способ рекультивации земель с использованием смесей грунтошламовых, характеризующийся очисткой участка от твердых бытовых отходов (ТБО), сухостоя, порубочных остатков, срезкой бугров, засыпкой ям и углублений, выполаживанием и выравниванием склонов, откосов бульдозером, последующей погрузкой материала в автосамосвалы экскаватором, погрузчиком, транспортировкой смеси к месту укладки в шламовые накопители, причем смесь грунтошламовую готовят на основе смеси, шлама, песка и торфа, отличающийся тем, что при подготовке бурового шлама к переработке используют буровой шлам плотностью 1,5-1,85 г/см³ и влажностью в пределах 30-60%, а для приготовления грунтошламовой смеси используют шлам буровой - 35-50 % от массы смеси, грунт или песок мелкозернистый, пылеватый, естественной влажности - 25-30 % от массы смеси, торф марки А, Б - 25-30 % от массы смеси, перемещение смеси в выемки экскаватором и разравнивание бульдозером осуществляют при толщине слоя 0,3-0,5 м, после чего осуществляют прикатывание смеси бульдозером; на склоновых песчаных грунтах при закреплении песков смесь грунтошламовую готовят из шлама и торфа с максимально высокой допустимой долей отходов бурения скважин, затем наносят слоем 10-15 см и перемешивают с грунтом фрезерованием на глубину 25-30 см, а для раскисления и оструктуривания торфяных почв готовят смесь из отходов бурения и песка, наносят на поверхность почвы слоем 10-15 см и перемешивают с торфом фрезерованием на глубину 25-30 см; биологический этап рекультивации нарушенных земель осуществляют путем создания рекультивационного слоя с использованием смесей грунтошламовых, повышения его плодородия в соответствии с потребностями растений, посева многолетних трав или посадки саженцев древесно-кустарниковой растительности, ухода за посевами и посадками; при создании рекультивационного слоя на грунтах с неблагоприятными для растений физическими или химическими свойствами используют смесь грунтошламовую путем последовательной послойной укладки торфа, песка и шлама при толщине каждого слоя 5-10 см; по результатам химического анализа смеси перед фрезерованием на поверхность верхнего слоя вносят в необходимых количествах элементы минерального питания, раскислитель и, при необходимости, добавки, снижающие токсичность композиции; а при создании рекультивационного слоя на грунтах с благоприятными физическими и химическими свойствами на поверхность грунта последовательно укладывают торф и шлам слоями 5-10 см, вносят необходимые добавки и проводят фрезерование участка на глубину 25-30 см; создание рекультивационного слоя на торфяных почвах проводят путем укладывания на поверхность торфа последовательно слоев песка и шлама толщиной 5-10 см; для закрепления песков, откосов, склонов используют грунтошламовую смесь с максимально возможной долей пластичных буровых шламов; в процессе приготовления, транспортировки, укладки грунтошламовой смеси принимают меры по недопущению попадания компонентов смеси в окружающую среду, для чего выполняют гидроизоляцию, вертикальную планировку и обваловку на площадке приготовления смеси, не допускающую попадания вредных компонентов в поверхностные воды и почвы прилегающих территорий; транспортируют шлам и готовую смесь в оборудованных самосвалах, исключающих загрязнение подъездных дорог и прилегающих территорий; производят зачистку площадки с полным удалением остатков шлама и смеси с их использованием в деле; обеспечивают периодический контроль за экологическими параметрами смеси.

Площадку по приготовлению смесей грунтошламовых гидроизолируют, обваловывают.

При проведении рекультивации загрязненных нефтью и подтоварными водами земель грунтошламую смесь используют в качестве сорбента токсикантов и материала, нормализующего водно-физические, агрохимические свойства почв.

Для нейтрализации избыточной кислотности в смесь грунтошламую вносят известняковые материалы.

Для нейтрализации избыточной щелочности в смесь грунтошламую вносят в качестве окислителя аммиачную селитру.

Осуществление изобретения

Смесь грунтошламовая с использованием бурового шлама является грунтом, водно-физические и агрохимические свойства которого можно регулировать, изменяя соотношение компонентов материала и вводя необходимые добавки.

При увеличении доли торфа в материале и введении в нее необходимого количества элементов питания, мелиорантов ГШС используется для создания рекультивационного слоя при рекультивации всех видов нарушенных земель, включая шламовые амбары, и при проведении работ по очистке и восстановлению загрязненных нефтью и высокоминерализованными водами земель.

На малоплодородных, обладающих неудовлетворительными водно-физическими и агрохимическими свойствами почвах, ГШС используется в качестве мелиоранта.

Материал представляет собой однородную грунтоподобную смесь от текуче-пластичной до рыхлой консистенции, в зависимости от влагосодержания исходного сырья.

Влажность свежеприготовленного материала находится в пределах 40-70%. В процессе наработки и хранения смеси, при перемешивании и выдержке на воздухе в течение от 1 до 30 дней происходит выравнивание влажности в штабеле смеси, материал приобретает рыхлую или вязко-пластичную консистенцию. Непосредственно перед укладкой влажность смеси должна быть доведена до значений, близких к оптимальным при уплотнении, т.е. от 20±5% до 40±10%.

Доставленный к месту использования материал укладывается в конструктивные слои на всю глубину земляных выемок на месте ликвидируемых карьеров и шламовых амбаров, а также плакируется слоем 0,20-0,30 м при рекультивации поверхности нарушенных земель.

После укладки и распределения в конструктивный слой материал уплотняется до коэффициента уплотнения не менее 0,9 при глубине расположения до 1 м от поверхности земли и не менее 0,8 при глубине укладки более 1 м от поверхности земли.

На уплотненный конструктивный слой из данного материала допускается укладка вышестоящих слоев сразу после его укатки.

Рекомендуемый оптимальный состав грунтошламовой смеси:

шлам буровой - 35-50 % от массы смеси, грунт или песок мелкозернистый, пылеватый, естественной влажности - 25-30 % от массы смеси, торф марки А, Б (например, по ТУ 0391-019-310940641-2001 «Торф для рекультивации нарушенных земель») - 25-30 % от массы смеси.

В качестве улучшающей добавки смесь грунтошламовая для рекультивации может содержать малые дозировки следующих типов веществ:

- препаратов, ускоряющих деструкцию нефтепродуктов и других вредных для окружающей природы веществ;

- сорбентов, капсулирующих препаратов, обеспечивающих связывание и инактивацию токсикантов;

- удобрений (минеральных, органических), раскислителей, улучшающих плодородие материала при биологической рекультивации.

Дозировки добавок предварительно должны назначаться, а затем экспериментально уточняться в следующих пределах:

- расход сорбента принимается примерно равным (±30%) количеству нефтепродуктов, присутствующих в буровом шламе;

- расход удобрения, инициирующего процесс минерализации торфа и его гумуссирование, назначается в количестве 0,2-0,5 т/га;

- при отсутствии торфа для связывания токсикантов может использоваться торфогуминовое удобрение типа «Флора-С» или «Фитоп-Флора-С» в количестве 100-1000 г/т в зависимости от токсичности шлама.

Введение данных добавок в смесь грунтошламовую способствует обезвреживанию отходов за счет снижения миграционной активности экотоксикантов, повышению плодородия материала и целесообразно при проведении работ по рекультивации нарушенных и восстановлению нефтезагрязненных земель.

Быстрая сорбция загрязнителей и биологическая активация торфа особенно необходимы в начальный период рекультивации, сразу после приготовления и укладки материала. Затем связывание и деструкция нефти и др. загрязнителей, развитие
растительного покрова и почвенного микробного биоценоза происходят параллельно, естественным путем.

Подобранный состав смесей грунтошламовых при испытаниях на токсичность методом биотестирования в соответствии с «Критериями…», утвержденными приказом МПР России от 15.06.2001 № 511, должен обеспечивать IV-V класс опасности.

Физико-механические свойства данных ГШС принимаются как для материала, являющегося грунтом и соответствующего определениям ГОСТ 25100.

Физико-механические показатели материала определяются для двух его состояний (см. Таблицу 1).

Примечание: В числителе приведены показатели для материала «в деле», в знаменателе – «в штабеле». «В штабеле» - т.е. после приготовления смеси, в разрыхленном состоянии.

«В деле» - т.е. в конструктивном слое после его уплотнения.

Материалы, применяемые для приготовления смеси грунтошламовой, должны соответствовать требованиям распространяющихся на них действующих нормативных документов и обеспечивать получение смеси заданных технических характеристик и экологических требований.

Исходное сырье и материалы для приготовления смеси должны быть исследованы и иметь документы, подтверждающие их качество и безопасность – паспорта на буровые шламы с указанием их свойств, состава и класса опасности, паспорта песчаного и торфяного грунтов из отведенных карьеров, сертификаты соответствия и санитарно-эпидемиологические заключения на используемые реагенты.

В соответствии с технологическими регламентами СТП 5711-007-55446355-2004, СТП 5711-011-73157003-2009 и ТУ 5711-011-55446355-2004, ТУ 5711-011-73150003-2009 буровые шламы (БШ) IV-V класса опасности из отходов производства переводятся во вторичное сырье, используемое при приготовлении смесей грунтошламовых.

БШ представляет собой текучепластичную пастообразную массу, имеет темно-серый цвет и слабовыраженный, но характерный специфический запах.

При использовании технологии бурения с применением очистки бурового раствора, включающей блок механической очистки (вибросита, циклоны, илоотделители, центрифуги) и блок флокуляционной (коагуляционной) очистки, в соответствии с проектом строительства скважины, удается достигнуть минимального содержания жидкой фазы в объеме шлама, т.е. минимального количества сбрасываемого отработанного бурового раствора.

В состав твердой фазы БШ должны входить разной степени дисперсности частицы выбуренной породы и вводимые в промывочную жидкость глинопорошки (бентонит, монтмориллонит).

Жидкая фаза БШ образуется за счет сброса определенного количества бурового раствора, а также сточных вод при промывке оборудования - вибросит, шнеков и т.п.

При подготовке БШ к переработке должны определяться следующие его характеристики:

- плотность - должна иметь значения в пределах 1,5-1,85 г/см³;

- влажность - должна быть в пределах 30-60%.

При меньшем влагосодержании БШ переходит в «пластилинообразное» состояние и плохо перемешивается, при большем содержании воды готовая смесь имеет текучую консистенцию и не пригодна для уплотнения.

Песок, как наполнитель для ГШС, в соответствии с ГОСТ 25100, относится к следующим таксометрическим единицам:

- класс - природные дисперсные грунты;

- подкласс - несвязные грунты;

- тип - осадочные породы;

- вид - минеральные грунты;

- подвид - пески;

- разновидности - могут применяться практически все разновидности песков, имеющиеся в регионе.

Предпочтение следует отдавать наиболее доступным природным или намывным пескам, разработка и использование которых приносит наименьший экологический ущерб и является наиболее дешевой по стоимости.

По гранулометрическому составу имеющиеся пески, как правило, относятся к мелким и (или) пылеватым разновидностям.

По степени неоднородности ограничения не накладываются, - могут применяться и однородные пески.

По коэффициенту водонасыщения могут применяться пески малой и средней степени водонасыщения, при значениях коэффициента 0-0,8.

По коэффициенту пористости, степени плотности, относительно деформации пучения, рН и степени засоления ограничения не накладываются.

Торфяной грунт в составе смесей выполняет роль наполняющего и сорбирующего материала, связывающего, деструктурирующего нефтяные компоненты и др. загрязняющие вещества и препятствующего их миграции в окружающую среду, а также роль гумуссированного субстрата, обуславливающего плодородие смеси, создание оптимальных условий для произрастания растений – трав, кустарников и деревьев на биологическом этапе рекультивации.

По степени разложения Дdр могут применяться торфы от слаборазложившихся (Дdр менее 20) до сильноразложившихся (Дdр более 20).

По степени зольности Дds торфы могут применяться нормальнозольные (Дds менее 20) и высокозольные (Дds более 20).

Торфы добываются из специально подготовленных карьеров, отвод и технология разработки которых согласовываются с природоохранными органами. Могут быть использованы торфы, образующиеся при выторфовке в процессе строительства объектов обустройства месторождений.

На территории Западной Сибири современные болотные отложения представлены в основном торфами сфагнового, а также гипнового, шейхцериевого-пушицевого состава различной степени разложения; по типу питания болота в основном верховые.

Возможно использование торфов, образующихся при выторфовке в процессе строительства инфраструктуры месторождений.

После экскавации торф складируется в штабель на площадке для подготовки – размельчения и сушки в течение до 1 месяца при положительной температуре путем выдержки, перемешивания или фрезерования.

Влажность торфа перед его использованием в смеси для рекультивации, как правило, не должна превышать 100-150%.

Согласно ТУ 0391-019-310940641-2001 «Торф для рекультивации нарушенных земель» пригодными для применения являются марки торфа А и Б.

Марке А соответствует низинный торф травяной и древесно-травяной группы со степенью разложения до 20% и кислотностью по рН свыше 4,5.

Марке Б соответствует торф верховой, низинной и переходной группы со степенью разложения до 20% и кислотностью не ниже 3.

Для улучшения экологических показателей БШ в смесях для рекультивации
рекомендуется применять добавки активных веществ и сорбентов, способствующих более полному связыванию токсикантов и удержанию их в структуре материала, устраняющих остаточную миграционную способность загрязнителей и позволяющих получить класс опасности материала (смеси с БШ) IV-V.

В качестве активных добавок могут быть использованы известь, размельченный торф, опил, препарат «Роса», нефтепоглощающий сорбент «Миксойл», сорбент МИУ-С, алюмосиликатные сорбенты, биодеструкторы углеводородов «Сойлекс», «Деградойлас», «Центрин» и другие.

Высокую эффективность в проведенных опытах показал сорбент «Миксойл», поставляемый институтом экологической безопасности «ИНСТЭБ-Пермь».

Рациональная дозировка сорбента – 1 кг в расчете на 8-10 кг содержащихся в БШ или композиции высокомолекулярных и неполярных углеводородов (нефти, жировых смазок, и т.п.) С учетом низкого возможного содержания нефтепродуктов и подобных веществ в БШ рациональный расход сорбента составляет 1-2 кг на 1 м³ смеси.

При тщательном перемешивании частицы сорбента равномерно распределяются в порах композиции и резко снижают водную миграцию (суффозию) органических соединений. Введение активных и сорбирующих добавок обеспечивает снижение нефтепродуктов в водных вытяжках до 0,05 мг/л, фенолов - до 0,02 мг/л, ионов тяжелых металлов - до 0,03 мг/л, нитратов и аммония - в 2-3 раза.

С учетом наличия в составе смеси грунтошламовой торфа и коллоидных глинистых частиц БШ – монтмориллонита, бентонита, являющихся эффективнейшими природными сорбентами, необходимость введения специальных добавок сорбентов должна быть технико-экономически обоснована. Целесообразность введения добавок может возникнуть при применении шламов, содержащих большие количества загрязнителей, а также для приготовления смесей для укладки в верхний слой рекультивации карьеров или нефтезагрязненных земель.

Для интенсификации процессов биологической деструкции углеводородов – нефтепродуктов, ароматических соединений, в состав смесей могут вводиться активные бакпрепараты. Предпочтение следует отдавать штаммам, апробированным в Западной Сибири, либо полученным на основе использования аборигенных видов микроорганизмов. Высокую эффективность имеют препараты «Деградойлас», «Деворойл», «Микромицет», «Центрин» и другие.

С учетом незначительного возможного содержания нефтепродуктов в буровом шламе, наличия в смеси глинистой фазы и торфа, связывающих углеводороды, а также действия содержащихся в торфе соединений и природных микроорганизмов, способствующих деструкции нефти и поглощению ставших экологически безвредными ее компонентов, необходимость применения добавок бакпрепаратов обосновывается технико-экономически.

Торфогуминовое удобрение «Флора-С» (или «Фитоп-Флора-С») применяется для сорбции органических и неорганических токсикантов, активной биодеструкции токсикантов органического происхождения за счет высокого содержания гуматов, микроэлементов комплекса микроорганизмов. Норма расхода 80-100 г/м³ бурового шлама. Применение гуматов целесообразно при детоксикации смесей грунтошламовых, предназначенных для создания рекультивационного слоя и только в том случае, если другие добавки окажутся недостаточно эффективными.

Общее плодородие смеси обеспечивается наличием гумуссированных растительных компонентов в торфяных грунтах, а также наличием ряда питательных органических и минеральных соединений в буровых шламах – соединений фосфора, азота и калия. Вместе с тем, при создании корнеобитаемого рекультивационного слоя для обеспечения растений необходимым количеством элементов питания в грунтошламовую смесь по результатам анализа образцов вносится расчетное количество элементов питания.

Приготовление смесей грунтошламовых производят следующим образом.

В подготовительный период выполняются следующие работы: выбираются и обследуются площадки для приготовления смесей; определяются: объемы и очередность работ; состав, свойства и объем буровых шламов; характеристики грунтов и добавок; производится: подбор составов смесей, определяются их физико-механические характеристики и степень связывания загрязняющих компонентов; подготовка технологического оборудования и подъездных путей, определение экономической эффективности и согласование работ, утверждение проектно-сметной документации.

Определение составов и пригодности продуктов (отходов) бурения выполняется в 2 этапа:

на первом этапе используются типовые регламенты буровых растворов, геолого-технические наряды на бурение скважин куста, карты поинтервальной обработки промывочной жидкости, рабочие журналы приготовления и контроля бурового раствора. По этим материалам ориентировочно устанавливается состав буровых шламов, тонкодисперсной части отработанного бурового раствора, номенклатура и расход реагентов; на втором основном этапе определяются состав и свойства буровых шламов экспериментальными методами.

При отборе проб БШ непосредственно при его наработке пробы в количестве не менее 5 со скважины, отражающие усредненный состав, забираются при проходке всех основных интервалов бурения. Из шламового амбара объединенные пробы БШ берутся методом конверта (5 мест отбора точечных проб) в количестве не менее 2 по каждому горизонту: до 0,5 м; 0,5-1,0 м; свыше 1 м.

Все точечные пробы, каждая весом не менее 1 кг, собираются в емкость или на поддон и тщательно перемешиваются, после чего методом квартования отбираются объединенные лабораторные пробы для исследования по утвержденным методикам. Экспериментально определяются:

- плотность и влажность бурового шлама;

- гранулометрический состав твердой фазы;

- рН водной вытяжки, содержание нефтепродуктов, поверхностно-активных веществ, сульфатов, хлоридов, тяжелых металлов;

- определяется класс опасности бурового шлама для окружающей природной среды методом биотестирования.

Составы и свойства песков, торфов и добавок определяются по технической документации карьеров, поставок, либо стандартными методами исследований.

Правильно подобранная смесь грунтошламовая должна иметь IV-V класс опасности для окружающей среды.

После того как формируют ориентировочный состав смеси исходя из условий: шлам буровой - 35-50 % от массы смеси, грунт или песок мелкозернистый, пылеватый, естественной влажности - 25-30 % от массы смеси, торф марки А, Б - 25-30 % от массы смеси, затем производится экспериментальное уточнение оптимального состава. Для этого готовится не менее трех вариантов смеси с максимальным, средним и минимальным содержанием БШ.

Максимальные дозировки назначаются для грунта, имеющего наименьшую влажность и меньшую стоимость разработки и транспортировки.

Для подготовленных вариантов смеси производятся испытания по стандартным методикам в соответствии с ТУ 5711-011-55446355-2004 или ТУ 5711-011-73157003-2009.

Для использования принимается состав, имеющий требуемые физико-механические показатели при наибольшей дозировке БШ, а также отвечающий требованиям биологического этапа рекультивации и экологической безопасности.

При необходимости производится дополнительная обработка БШ и грунтошламовой смеси активными добавками, с уточнением их дозировки.

Приготовление материала возможно в шламовом амбаре, на специализированном полигоне или на подготовленной площадке.

Для переработки бурового шлама в шламовом амбаре в нем сооружаются из грунта разрезающие полосы шириной по верху 4-6 м с расстоянием между ними равным двойной длине вылета стрелы экскаватора, которые делят шламовый амбар на секции.

Переработка бурового шлама в рекультивационный материал в шламовых амбарах осуществляется экскаватором.

После обезвоживания шлама отбираются образцы на анализ, по результатам анализа проектируется компонентный состав смеси, обеспечивающий рекультивационные характеристики материала.

В 1 секции поверх шлама равномерно распределяется расчетное количество компонентов смеси, производится их тщательное перемешивание и последующее уплотнение ковшом экскаватора.

После уплотнения первой секции аналогично проводятся работы в последующих секциях.

Переработка бурового шлама в смесь грунтошламовую на полигоне или специализированной площадке может производиться на поверхности площадки или в смесителе.

Специализированную площадку для обработки бурового шлама и перемешивания с торфом и песком формируют в несколько этапов:

- разбивочные работы, планировка основания площадки, уплотнение грунта;

- гидроизоляция площадки путем укладки пленки полиэтиленовой в 2 слоя по площади основания;

- отсыпка площадки грунтом на проектные отметки при толщине защитного слоя не менее 1 м до уровня грунтовых вод;

- обвалование площадки грунтом.

Площадка по производству и временному складированию ГШС состоит из технологически обособленных участков:

- площадка размещения песка;

- площадка размещения торфа;

- площадка размещения добавок;

- площадка переработки/использования бурового шлама – емкости 40 м³;

- площадка временного хранения ГШС.

Применения указанных емкостей обосновано возможностью исключения попадания буровых отходов в окружающую среду.

Переработка на площадке производится в следующем порядке.

Вариант 1

- транспортировка шлама к месту переработки в оборудованных самосвалах;

- разработка, погрузка и транспортировка подготовленного торфа и песка, либо готовой торфопесчаной смеси;

- выгрузка компонентов смеси на рабочую площадку с формированием валов (при перемешивании экскаваторами) либо слоев (при перемешивании фрезами).

В первом случае разгрузка производится «вприжим» с формированием 3-х сомкнутых рядов компонентов с последующим перемешиванием их экскаватором. Во втором случае производится предварительный завоз грунтов, приготовление и последовательное «расстилание» торфа, песка и шлама слоями по 15-20 см бульдозером на захватке длиной 100 м, при ширине полосы 2,0-2,5 м с последующим перемешиванием слоев фрезой ФБН-2 в агрегате с трактором ДТ-75Б.

Вариант 2

- транспортировка шлама к месту переработки в оборудованных самосвалах;

- разработка, погрузка и транспортировка подготовленного торфа и песка, либо готовой торфопесчаной смеси;

- выгрузка компонентов смеси в приемные емкости;

- внесение расчетного количества компонентов смеси и тщательное перемешивание экскаватором.

Отбор проб для испытания и подтверждения пригодности материала для использования.

Внесение, при необходимости, добавок для доведения смеси до IV–V класса опасности, придания ей необходимых водно-физических и агрохимических свойств с последующим фрезерованием полос.

Сбор подготовленной смеси в штабели – бурты бульдозером, хранение смеси.

Приготовление ГШС может производиться в специализированных смесителях типа Крот-5, Ледиге (Германия) и др.

На площадке размещаются металлическая или пластиковая емкость для накопления и перемешивания поступающих отходов бурения, устройства для обезвоживания отходов, очистки воды (при необходимости), смеситель, определяется место для временного размещения обезвреженных отходов бурения. Загрузка компонентов смеси в смеситель может производиться вручную или транспортером.

Из приготовленной смеси отбираются пробы для определения соответствия качественных характеристик полученного рекультивационного материала техническим условиям. Если обнаруживаются отклонения от нормированных требований, то вносятся коррективы в рецептуру смеси, а вся наработанная партия отправляется на повторную переработку с добавлением расчетного количества требуемых компонентов.

Использование смесей грунтошламовых при рекультивации земель осуществляется следующим образом.

Очистка участка от ТБО, сухостоя, порубочных остатков, планировка территории - срезка бугров, засыпка ям и углублений, выполаживание и выравнивание склонов, откосов бульдозером.

Погрузка материала в автосамосвалы экскаватором, погрузчиком, транспортировка смеси к месту укладки в выемки, карьеры, шламовые амбары.

Перемещение смеси в выемки экскаватором, разравнивание бульдозером при толщине слоя 0,3-0,5 м.

Прикатывание смеси бульдозером.

Повторение вышеуказанных операций для каждого слоя засыпки выемки.

Пленка, ранее использованная для гидроизоляции площадки приготовления смесей грунтошламовых, утилизируется при армировании шлама в амбарах.

На склоновых песчаных грунтах (откосы дорог, карьеров), при закреплении песков смесь грунтошламовая готовится из шлама и торфа с максимально высокой допустимой долей отходов бурения скважин, наносится слоем 10-15 см и перемешивается с грунтом фрезерованием на глубину 25-30 см.

Для раскисления и оструктуривания торфяных почв готовится смесь из отходов бурения и песка, наносится на поверхность почвы слоем 10-15 см и перемешивается с торфом фрезерованием на глубину 25-30 см. В данном и предыдущем случаях окончательное формирование грунтошламовой смеси требуемого ТУ 5711-011-73157003-2009 компонентного состава происходит в процессе рекультивации земель.

Биологический этап рекультивации

Биологический этап рекультивации нарушенных земель включает создание рекультивационного слоя с использованием смесей грунтошламовых, повышение его плодородия в соответствии с потребностями растений, посев многолетних трав или посадку саженцев древесно-кустарниковой растительности, уход за посевами и посадками.

Создание рекультивационного слоя

Смеси грунтошламовые для формирования рекультивационного слоя могут приготовляться непосредственно на месте проведения рекультивационных работ.

При создании рекультивационного слоя на грунтах с неблагоприятными для растений физическими или химическими свойствами используется трехкомпонентная смесь грунтошламовая (шлам, песок, торф) по описанной выше технологии путем последовательной послойной укладки торфа, песка и шлама при толщине каждого слоя 5-10 см. По результатам химического анализа смеси перед фрезерованием на поверхность верхнего слоя вносятся в необходимых количествах элементы минерального питания, раскислитель и, при необходимости, добавки, снижающие токсичность композиции.

При проведении рекультивации на грунтах с благоприятными физическими и химическими свойствами на поверхность грунта последовательно укладываются торф и шлам слоями 5-10 см, вносятся необходимые добавки и проводится фрезерование участка на глубину 25-30 см, что позволяет ввести в смесь грунт и обеспечить требуемые физико-механические и экологические характеристики рекультивационного слоя.

Создание рекультивационного слоя на торфяных почвах проводится по описанной выше технологии, но на поверхность торфа последовательно наносятся слои песка и шлама.

Для закрепления песков, откосов, склонов используется смесь грунтошламовая с максимально возможной долей пластичных буровых шламов.

При проведении рекультивации загрязненных нефтью и подтоварными водами земель ГШС может быть использована в качестве сорбента токсикантов и материала, нормализующего водно-физические, агрохимические свойства почв, что позволит повысить эффективность обезвреживания, сократить сроки рекультивации, снизить нормы внесения агрохимикатов.

Повышение плодородия рекультивационного слоя

Компоненты смеси грунтошламовой, торф и буровой шлам, обладают достаточно высоким потенциальным плодородием, что позволяет снизить расход минеральных удобрений и мелиорантов, но не исключает их применения. Нормы внесения агрохимикатов рассчитываются по результатам химического анализа смесей.

Используемый для приготовления смесей грунтошламовых торф должен соответствовать показателям и нормам ТУ 0391-018-310994064-01 «Торф для рекультивации нарушенных земель».

Для нейтрализации избыточной кислотности в ГШС вносятся известняковые материалы. Применяемые известняковые материалы должны соответствовать следующим требованиям:

- мел природный молотый по ГОСТ 17498-72 марки ММИП-1 или ММИП-2;

- мука известняковая 2-го класса или доломитовая мука 3-го класса.

Для нейтрализации избыточной щелочности в качестве окислителя используется аммиачная селитра. Норма внесения окислителя определяется экспериментально по результатам экспресс-диагностики. Одновременно корректируется обеспеченность смеси элементами минерального питания по основному лимитирующему элементу – азоту.

Нормы внесения минеральных удобрений определяются содержанием элементов питания в ГШС. Достаточным следует считать следующее содержание элементов минерального питания: азот – 5-7, калий – 8-15, фосфор – 8-15 мг на 100 грамм смеси. При их содержании ниже указанных уровней вносится дополнительное количество соответствующих удобрений.

Для однократного внесения рекомендуются следующие дозы элементов минерального питания: азот – 20-70 кг/га, фосфор – 15-25 кг/га, калий – 12-50 кг/га действующего вещества. Предпочтение отдается удобным в применении комплексным удобрениям, если в комплексном удобрении соотношение NPK иное, чем необходимо, производится корректировка добавлением азотного или калийного удобрения. При разбалансировке менее 30% расчет дозы можно вести по ведущему элементу – азоту. В случае отсутствия комплексных удобрений можно использовать смеси простых удобрений с учетом их совместимости.

Смеси грунтошламовые не являются взрыво- и пожароопасным материалом, не пылят, не выделяют летучих токсичных веществ.

Радиационная безопасность обеспечивается при допустимой удельной эффектной активности естественных радионуклидов (А эфф), которая в смеси грунтошламовой не превышает согласно СанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ-99/2009), СП 2.6.1.2612-10 (ОСПОРБ-99/2010) 740 БК/кг.

Безопасность при производстве и использовании смесей грунтошламовых должна быть обеспечена применением соответствующих технологических процессов и средств механизации, соблюдением норм охраны труда и техники безопасности.

Получаемый рекультивационный материал не должен использоваться в населенных пунктах, в прибрежных защитных полосах рек и озер, в зонах санитарной охраны источников и водопроводов питьевого назначения, в заповедниках.

В процессе приготовления, транспортировки, укладки смеси следует принимать меры по недопущению попадания компонентов смеси (бурового шлама) в окружающую среду. Для этого необходимо:

- выполнять гидроизоляцию, вертикальную планировку и обваловку на площадке приготовления смеси, не допускающую попадания вредных компонентов в поверхностные воды и почвы прилегающих территорий;

- транспортировать шлам и готовую смесь в оборудованных самосвалах, исключающих загрязнение подъездных дорог и прилегающих территорий;

- производить зачистку площадки с полным удалением остатков шлама и смеси с их использованием в деле;

- обеспечивать общую высокую культуру производства, постоянный контроль качества работ и выпускаемой смеси в соответствии с ТУ, а также периодический контроль за экологическими параметрами смеси.

Технология нейтрализации буровых шламов не предполагает использования каких-либо веществ, потенциально способных загрязнять атмосферный воздух.

Единственным источником выбросов загрязняющих веществ в атмосферу являются двигатели тракторов и автомобилей, используемых при проведении комплекса работ по обезвреживанию и утилизации шлама.

Для предотвращения сверхнормативного загрязнения окружающей среды к работе допускаются механизмы, имеющие установленные характеристики выбросов отработанных газов.

В процессе обезвреживания нефтесодержащих отходов вода не используется, хоз-бытовые стоки не образуются, поэтому воздействия на водные объекты не происходит. Площадка по приготовлению смесей грунтошламовых гидроизолируется, обваловывается, что предотвращает растекание или фильтрацию жидкой фракции отходов бурения. При послойной укладке компонентов смеси грунтошламовой технологией предусматривается размещение бурового шлама поверх слоя торфа, что обеспечивает сорбцию имеющихся в шламе токсикантов. При использовании полимерной пленки для гидроизоляции грунта возможно проведение работ по утилизации бурового шлама в водоохранных зонах и на территории прибрежных защитных полос водных объектов.

Изобретение относится к области рекультивации и мелиорации земель в нефтедобывающих районах бурового шлама. Смесь почвенная шламово-грунтовая для рекультивации карьеров и нарушенных земель, содержащая торфопесчаную смесь, буровой шлам, активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки. Используют буровой шлам плотностью 1,5-1,85 г/см³ и влажностью в пределах 30-60%. Содержание компанентов смеси составляет, масс. %: буровой шлам 35-50, песок или супесчаный грунт 25-30, торф марки А, Б 25-30, активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки - остальное. Использование данного изобретения позволяет обеспечить экологическую безопасность окружающей среды. 1 табл.

Смесь почвенная шламово-грунтовая (ГШС) для рекультивации карьеров и нарушенных земель, содержащая торфопесчаную смесь, буровой шлам, активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки, отличающаяся тем, что используют буровой шлам плотностью 1,5-1,85 г/см³ и влажностью в пределах 30-60%, при этом содержание компонентов в смеси составляет, мас.%:

буровой шлам 35-50 песок или супесчаный грунт 25-30 торф марки А, Б 25-30 активные обезвреживающие и мелиорирующие добавки остальное