Кравчук Лілія Миколаївна,

Криворізький національний університет

старший викладач,

67-599-85-28

ДОСЛІДЖЕННЯ МЕТОДІВ РЕКУЛЬТИВАЦІЇ

ВІДПРАЦЬОВАНИХ КАР'ЄРІВ

В статті досліджуються напрямки методів рекультивації відпрацьованих кар’єрів. Як найбільш потрібний для Криворізького регіону розглядається метод розміщення в природному середовищі неутилізованих відходів.

В статье исследуются направления методов рекультивации отработанных карєров. Как наиболее необходимый для Криворожскогоо регіону рассматривается метод расположения в природной бреде неутилизованных отходов.

Directions of recultivation the spent quarries, which are very necessary in Kryvyi Rih region, are investigated in the article. Method of arrangement in natural environment none utilized waste products is examined.

Рішенню цієї проблеми займаються В. П. Гриценко, В.А. Ковальчук, А.А. Іщенко , О.О. Русько, В. Д. Сидоренко, А.К. Поліщук та A.M. Михайлов. Політика використання кар'єрів для збереження геологічних пам'яток природи широко проводиться і в інших країнах.

Але все ж існує безліч білих плям в вирішенні питання використання відпрацьованих кар’єрів, а саме в аналізі методів їх рекультивації та розміщенні неутилізованих відходів.

Таким чином, ціллю статті є дослідження напрямків методів рекультивації відпрацьованих кар’єрів та можливість розміщення неутилізованих відходів.

Перші спроби рекультивації територій, порушених гірничою промисловістю, розпочалися ще у середині XIX ст. у Німеччині. З початку XX ст. такі роботи проводилися у США та Англії. Після Другої світової війни вони були розповсюджені як у США, так і майже в усіх європейських країнах.

Загальновідомо, що існує цікавий досвід використання відпрацьованих кар'єрів, шахт та інших гірських виробок для збереження і демонстрації унікальних природних явищ, гірських порід, мінералів, рідкісних палеонтологічних знахідок і самих гірських виробок, як об'єктів, що демонструють способи відпрацювання корисних копалин, історію стародавніх розробок [3].

За даними А.К. Поліщука та A.M. Михайлова (1947), в Англії відвали кар'єрів кольорової металургії передбачається відновлювати здебільшого для використання під сільськогосподарські угіддя. При цьому обов'язково планується селективне розроблення грунту і підґрунтя. Ґрунтовий покрив знімають у межах кар'єрного поля, з під'їзних доріг і в місцях, де він може бути порушений механізмами. Для розробки ґрунту, якщо товщина розкривної породи становить не менше 10 м, використовують драглайни, в інших випадках - мехлопати і скрепери. Ґрунт наносять на підготовлену поверхню відвалів у порядку залягання ґрунтових шарів.

Певну зацікавленість має виконання рекультивації порушених земель компанією "Американ Цианамід" у штаті Флорида (США). У процесі розробки родовища за безтранспортною системою утворились високі хаотично розташовані насипи розкривних порід. Рекультивація їх вимагала переміщення значного об'єму порід. Затрати на рекультивацію 1 ара досягли 1000 дол.

У зв'язку з цим керівництво компанії запропонувало технологію одночасного відновлення, згідно з якою гірничі роботи починали з індивідуального розроблення ділянок по периферії кар'єрного поля, а потім у виробленому просторі.

Розумне поєднання різних методів рекультивації відпрацьованих кар'єрів із збереженням непорушених фрагментів первинного залягання порід, що демонструють унікальні геологічні явища, відмічено на території Середнього Придніпров'я.

Тобто кар'єри є не тільки ранами на тілі Землі, які створюють екологічні проблеми, а й є потужними джерелами інформації, постачальниками доступного для досліджень фактичного матеріалу, необхідного для освітніх і наукових цілей, а також для розвитку науково - пізнавального туризму з метою популяризації об'єктів геологічної спадщини.

Відомо, що часткове повернення території для використання і приведення кар'єра в технічно безпечний стан досягаються за рахунок проведення робіт з гірничотехнічної рекультивації, який полягає в виположування укосів, плануванні підстави, фітоміліораціі і т.д.

Але така гірничотехнічна рекультивація повністю не вирішує всіх екологічних проблем, що виникають після завершення розробки корисних копалин.

Тому, у світовій практиці існує кілька пострекультіваціонних напрямків освоєння відпрацьованих кар'єрів: біологічне, будівельне і комбіноване. Виділяються різні види використання деградованих територій : сільсько-, лісо-, і водогосподарське використання, експлуатація внутрішньокар'єрних майданчиків для промислового, цивільного, рекреаційного будівництва. Незважаючи на те, що концептуально і технічно вищевказані напрямки розроблені, в Україні є лише поодинокі приклади подібного використання гірничих виробок, в той час як гостро стоїть необхідність рекультивації десятків тисяч гектарів деградованих земель. З іншого боку, функціональної потребою різних сфер виробництва та комунального господарства на сучасному етапі розвитку суспільства є розміщення в природному середовищі неутилізованих відходів.

В працях В. П. Гриценко визначено, що використання непорушених земельних територій для будівництва полігонів не доцільне з екологічної точки зору. Тому, розміщення відходів у виробленому просторі кар'єрів є альтернативним напрямом рекультивації гірничих виробок. Одночасно вирішуються дві найважливіші завдання - відновлення природного ландшафту і безпечне розміщення відходів. Оскільки, обсяг гірничих виробок великий, комунальні та промислові відходи виступають єдиним потенційно значущим матеріальним ресурсом для їх рекультивації.

Відходи несуть в собі істотну потенційну екологічну небезпеку. У зв'язку з цим, використання відходів як рекультиваційних матеріалів вимагає виконання особливих умов їх розміщення в навколишньому середовищі. Це і забезпечення високого ступеня інженерного захисту геологічного середовища від проникнення забруднюючих речовин, використання технологій попередньої підготовки перед розміщенням, застосування сучасних методів складування та впливу на масу відходів з метою їх якнайшвидшого біохімічного розкладання.

На сьогодні спостерігається відторгнення значних територій для розробки корисних копалин відкритим і закритим способом - загальна площа порушених земель на земній кулі становить близько 20млн.км'. Причинами деградації є як сама видобуток корисних копалин, так і забудова, розміщення відходів виробництва та потепління у навколишньому природному середовищі. На гірські вироби приходиться більше 80% від загальної кількості порушених земель. При цьому, розробка відкритим способом викликає суттєві зміни структури природних ландшафтів за рахунок збільшення або зменшення абсолютних відміток поверхні землі. Спостерігаються зміни компонентів навколишнього природного середовища в результаті прямого або непрямого впливу діяльності гірничорудних підприємств. Прямий вплив на якість навколишнього природного середовища проявляється при:

1). вилучення значних територій сільських і лісових земель для проведення гірничих робіт;

2). забрудненні території проведення гірничих робіт відходами гірничо-збагачувальних виробництв;

3). порушення гідрологічного режиму місцевості і , як наслідок, зменшення біологічної продуктивності земель.

Один гектар порушеною розробками території орієнтовно надає шкідливий вплив на гектар прилеглої території. Це пояснюється наявністю земель, зайнятих відвалами пустої породи, хвостосховищами, промисловими майданчиками, транспортними комунікаціями та ін Підраховано, що в кар'єрі площею до 8га і глибиною менше 10м на 1т сировини, що добувається припадає до 1,5т розкривних порід.

Відомо чотири види порушених територій [4]:

1). внутрішні відвали при без транспортної системі розробки;

2). внутрішні відвали при транспортній системі розробки;

3). внутрішні відвали і кар'єри, що розташовуються вище рівня земної поверхні;

4). глибокі кар'єри.

При розробці корисних копалин відкритим способом можна виділити два види порушень: ландшафтні та екологічні.

Поняття ландшафтне порушення ототожнюється з порушенням земної поверхні. Під екологічними - зміна умов життєдіяльності на землях гірничого відводу та прилеглих до них територій з падінням їх біологічної продуктивності і різким зниженням якості довкілля, що пригнічує дію на флору, фауну і здоров'я людини.

Відомо, що при видобутку корисних копалин відкритим способом, формується техногенний пересічений рельєф, що з високих насипів і глибоких западин. При зміні відміток місцевості утворюються позитивні форми техногенного рельєфу і негативні форми (яри, балки, лощини, котловани та ін.) Різниця відміток може досягати до 100 - 200 м. Посилення контрастності середовища істотно впливає на підвищення активізації обміну речовиною і енергією як усередині нового ландшафту, так і між ним і суміжними природними комплексами. З цієї ж причини відбувається інтенсифікація ярів і зсувоутворення. Крім цього, порушення значних територій земель відбувається, найчастіше, в результаті неповного вилучення сировини.

За відсутності рекультиваційних робіт з відновлення порушених земель, спостерігаються зміни мікрорельєфу. При неоднорідності ухилів поверхні гірничої виробки, на її території відбувається мікрокліматична диференціація. Інтенсивність сонячного випромінювання при ухилі не менше 6" зменшується більш ніж на половину. Увігнуті частині кар'єру нагріваються в денні години на 4-6° С більше, ніж опуклі і отримують різну кількість вологи, що призводить до неоднорідності температурного вивітрювання і поступового обвалення схилів.

Крім цього, наявність виїмок відпрацьованих кар'єрів викликає екологічні порушення. Вироблений простір кар'єра робить негативний вплив на атмосферу, літосферу, гідросферу.

Найбільш негативно гірнича виробка відкритого типу позначається на стані гідросфери. Це відноситься не тільки до водних просторів в безпосередній близькості від кар'єрних виїмки, а й віддаленим на відстані до декількох десятків кілометрів. До причин подібного негативного впливу відносяться :

1). перерозподіл гідростатичного і гідродинамічного тиску підземних вод , їх дренаж з верхніх горизонтів у нижні;

2). посилення надходження у відкриту гірську вироблення вод з відкритих водойм і водостоків;

3). фільтрація вод атмосферних опадів внаслідок порушення поверхні.

Гідрогеологічна обстановка може змінюватися навіть за відсутності спеціальних осушувальних заходів (відкачування підземних вод), передбачаються при розробці сировини. Причиною цьому є природний дренажний ефект гірського вироблення. Основними чинниками, що викликають зміни гідрогеологічних умов в ареалі закинутого кар'єру, є оголення масивів гірських порід, розтин водоносних горизонтів, попереднє осушення родовища, кар'єрний водовідлив, штучна зміна поверхневого стоку, скид кар'єрних і технічних вод. Це викликає зміни умов харчування, руху і розвантаження підземних вод, веде до широкого взаємодії водознижувальних систем з водозаборами підземних вод, спостерігається порушення режиму малих річок. Зміни умов живлення підземних вод призводить до формуванню глибоких і досить великих за площею депресійних лійок і зміни якості ґрунтових вод. Так само, спостерігається деформація поверхні землі під дією процесів суфозії, а часто, через вилуговування легкорозчинних порід.

Зміна якості підземних вод також відбувається через додаткового підтока мінералізованих вод знизу або з боку.

Виробництво відкритих гірських робіт призводить до зниження рівня ґрунтових вод. Як правило, зниження їх рівня в ареалі покинутій кар'єрних вироблення впливає на зону почвогрунтів. Це відбувається при їх неглибокому заляганні. Несприятливі гідрогеологічні умови в ареалі відпрацьованих кар'єрів викликають зниження врожайності сільськогосподарських культур, зменшення приросту деревини, висихання і загибель насаджень. Гідрологічні зміни умов району видобутку корисних копалин визначаються масштабом робіт, їх гірничотехнічними особливостями, положенням ґрунтових вод та ін. Зневоднення земель, найчастіше, приводить до зниження їхньої продуктивності або до повного її знищення у зв'язку з ерозійними процесами, розвитком суфозії і просіданням поверхні.

У різних районах вплив гірських розробок на гідрогеологічні умови прилеглих територій різне. Це вплив визначається особливостями літологічного розрізу і тектоніки району, обводнення, умов харчування і розвантаження водоносних горизонтів, інтенсивності проведення робіт з видобутку копалин, способів осушення гірничих виробок та ін.

Більшість впливів на атмосферу з боку відкритої кар'єрних вироблення відбувається на стадії розробки (проведення вибухових робіт, екскавації і переміщення транспортних потоків). Однак і після завершення робіт без здійснення відповідних рекультиваційних робіт в його ареалі будуть мати місце такі явища, як здування пилу і виникнення застійних аеродинамічних зон.

В ареалі розташування відпрацьованого кар'єру через вивітрювання порід укосів і підстави в радіусі 2км спостерігається перевищення санітарних норм за запиленості. Одним із потужних джерел пилевиділень на кар'єрі є пилять поверхні укосів і уступів, сухі пляжі хвостосховищ. При вітряній сухій погоді пил з цих поверхонь піднімається в повітря і розноситься на значні відстані від кар'єру.

Дослідження проблеми запиленості прікар'єрній території показують, що запиленість повітря на відстані 500м від хвостосховища становить 1,5 - 3,3 кг/м при швидкості вітру 4-6 м/с і 11,7 - 32,4кг/м'' при швидкості вітру 6-8 м/с. З 1га сухої поверхні хвостосховищ може нестися до 2-5т на добу дрібнодисперсного пилу. Підвищена запиленість атмосферного повітря в ареалі гірничої виробки робить істотний вплив на флору району.

Результати дослідження більше 500 сосен і ялин показали, що основною причиною деградації є перевищення концентрації в атмосферному повітрі вапняно - доломітового пилу. В якості явного ознаки деградації певно виражену вертикального опущення гілок хвойних дерев.

У разі ж глибоких кар'єрів, при глибині виробки понад 100м відбуваються зміни компонентного складу атмосферного повітря всередині відпрацьованого кар'єру. У цьому зв'язку, слід зазначити, що вплив кар'єрних виробок Самарської області на стан повітряного басейну менш істотно, ніж забруднення гідросфери та деградація земель. Це пояснюється відносно невеликими обсягами видобутку сировини для задоволення потреб місцевої промисловості будматеріалів.

Ще одним суттєвим негативним впливом на навколишнє середовище є утворення стихійних неорганізованих звалищ твердих побутових і промислових відходів у виробленому просторі кар'єрів, що супроводжуються зміною якості атмосферного повітря, ґрунтових вод.

Процес організації об'єктів розміщення відходів (ОРО ) включає п'ять основних стадій: передпроектна, проектна, стадії будівництва, експлуатації та рекультивації після завершення розміщення відходів.

Застосування запропонованої в даній роботі системи відбору відпрацьованого кар'єру для будівництва полігону розміщення відходів, його диференціювання на структурні елементи, аналіз механічних та фізико - хімічних властивостей відходів для визначення їх відповідності заданим структурних елементів, використання інтенсифікує біодобавки при розміщенні ТПВ доповнює класичний алгоритм проведення робіт з рекультивації відпрацьованих кар'єрів з використанням комунальних і промислових відходів.

Генеральний план розробляється з урахуванням конфігурації земельної ділянки, відведеної під полігон. На стадії розробки генерального плану в проекті пропонується диференціювання кар'єра на структурні елементи відповідно до запропонованої в даній роботі системою. При цьому конфігурація відпрацьованого кар'єру і виділені структурні елементи, в свою чергу, визначають технологію розміщення відходів. Технологічні рішення щодо їх розміщення розробляються також з урахуванням їх властивостей і відповідностей структурних елементів. Це дозволяє розробити технологічну частину проекту з урахуванням спрямованого розміщення відходів в заданих елементах. При розробці розділу охорони навколишнього середовища необхідно проведення аналізу фізико - хімічних і токсичних властивостей відходів з точки зору екологічної безпеки їх розміщення на полігоні. Це забезпечує зниження негативного впливу з боку розміщуються на полігоні відходів на компоненти навколишнього природного середовища. Вищевказані операції є новими етапами стадії проектування ОРО.

Кінцевим продуктом землевання є піщана - шламова суміш (ПШС), яка використовується як рекультиваційних матеріалів. Розроблена технологія полягає у формуванні тимчасових спецкарти , призначених для землевання пастоподібних відходів та приготування ряду усередненої вологості, що не перевищує 60%, що відповідає за вмістом вологи сухим відходам. На організованих на полігоні спецкарти передбачається розміщення твердих відходів у вигляді тяжів "П" - подібної форми. Пастоподібні відходи розміщуються в напівзамкнутому просторі карт. Після чого здійснюється перемішування пастоподібних і твердих відходів шляхом багаторазової зрізання і переміщення тяжів бульдозером. Таким чином, при перемішуванні досягається необхідна вологість відходів.

Наступним етапом організації полігону є етап будівництва. Будівництво полігону здійснюється після отримання позитивного висновку державної екологічної експертизи та санітарно - епідеміологічного висновку на робочий проект. На даному етапі з урахуванням системи диференціювання кар'єра на структурні елементи можливе використання комунальних і промислових відходів для будівництва окремих елементів полігону відповідно до їх механічними і фізико - хімічними властивостями. Наприклад, на кар'єрах глибиною близько 20-25м при їх рекультивації шляхом заповнення відходами потрібна організація постійно нарощуваних по висоті дамб, які виконують функцію в'їзної дороги і одночасно розвантажувальної берми для техніки при розміщенні та плануванні відходів на більш високих ярусах. Зазвичай, для будівництва внутрішньокар'єрних відсікаючих дамб використовують природні будівельні матеріали - глини, суглинки, крупноуламкові породи та ін Альтернативою природним матеріалам виступають попередньо підготовлені малотоксичні промислові відходи - відходи демонтажу будівель, відвальні породи ґрунти, формувальні землі, шлаки та ін.. Механічні властивості більшості з перерахованих вище відходів дозволяють використовувати їх в якості матеріалів для будівництва відсікаючих дамб.

Використання промислових відходів для формування ряду елементів при будівництві полігону дозволяє економити природні матеріали при будівництві ОРО, що, в свою чергу, скорочує кошторисну вартість об'єкта.

Експлуатація об'єктів розміщення відходів здійснюється відповідно до проектних технологічними рішеннями з розміщення відходів. Як показує практика, при експлуатації полігонів ТПВ спостерігається осаду техногенного масиву. Для збільшення швидкості опади масиву ТПВ в справжній роботі запропоновано використання інтенсифікує біодобавки, при якому скорочується загальний час заповнення кар'єра відходами. Тоді, для полігонів, на яких передбачається введення в масиву ТПВ інтенсифікує біодобавки, при розробці технологічного регламенту, необхідно враховувати технологію введення біодобавки в масив розміщуваних відходів, а також можливість коригування подальшої технології розміщення після перших 2 - 3 -х років експлуатації через зміни ступеня опади тіла полігону з плином часу.

Завершальним етапом процесу організації ОРО є проведення технічної та біологічної рекультивації після завершення розміщення відходів на полігоні.

Таким чином, запропоновані в даній роботі система відбору відпрацьованих кар'єрів і його диференціювання на структурні елементи визначають специфіку проведення робіт з організації та експлуатації полігонів на основі гірського вироблення. Економічний ефект від використання удосконаленої технології рекультивації відпрацьованих кар'єрів.

Диференціювання відпрацьованих кар'єрів на структурні елементи і підбір рекультиваційних матеріалів на основі твердих побутових і промислових відходів дозволяє використовувати деякі види промислових відходів для будівництва елементів полігону. При цьому, як було зазначено раніше , вирішується проблема дефіциту природних будівельних матеріалів і розміщення промвідходів у навколишньому природному середовищі. Крім цього, аналіз можливих витрат на будівництво ОРО показує скорочення загальної кошторисної вартості об'єкта.

Економічний ефект застосування вдосконаленої технології рекультивації з використанням відходів визначений на прикладі відпрацьованого кар'єру Пестравского родовища цегельних глин. Існує два варіанти проведення рекультивації гірничої виробки:

1) поетапне проведення гірничотехнічної та біологічної рекультивації на кар'єрі;

2) рекультивація кар'єра шляхом організації у виробленому просторі полігону твердих полігонних відходів..

Таким чином, розглянуті в роботі напрямки рекультивації можливі до практичного застосування вдосконаленої технології рекультивації відпрацьованих кар'єрів з використанням твердих комунальних та промислових відходів.

ЛІТЕРАТУРА

1.Геологічні пам'ятки Дніпропетровщини у природному середовіщі та жітті людини.За ред.. В.В. Манюк/«Січеславщіна», Вип.4 - Д. , 2002.- С.5 - 31.

2.Геологічні пам'ятки України. Geological landmarks of Ukraine . Колектив авторів , у трьох томах , укр . та англ. мовами – К., ДІА, 2006 - т. 1, - 320 с. , 2007: - т. 2 - 320 с.

3.Геологічні пам'ятки природи України : Вивчення, збереження та раціональне використання/ В.П. Гриценко , А.А. Іщенко , О.О. Русько. / К. НАН України, 1996.- 60с .

4.Історичний огляд вивчення геологічної спадщини в Україні / Матеріали Робочого наради Російської групи ProGEO , Міас , 2007.- С.47 - 49 .

5.Preservation of the geological heritage of Ukraine : new steps towards the creation of a database of geosites . / / Uppsala , Sweden , ProGEO NEWS , 2005 , № 2 . - Р.1 -8.