Основні операції по формуванню поверхні відпрацьованих площ

Найбільше технічно складним і трудомістким є гірничотехнічний етап рекультивації, який пов'язаний із переміщенням та укладанням у певному порядку великих мас гірських порід і знятого перед розробкою родовища гумусового шару ґрунту. Як правило, витрати на проведення цього етапу складають до 80-90% усіх витрат на рекультивацію.

Досвід гірничотехнічної рекультивації порушених земель показує, що успішне здійснення цього заходу має місце лише в тому випадку, якщо він органічно включається в технологічний процес видобутку корисних копалин і виконується одночасно з видобутком. При цьому утворюється якісно новий технологічний комплекс виробництва гірських робіт, який можна умовно назвати «розкрив — рекультивація».

Цей комплекс, окрім традиційних розкривних і відвальних робіт у процесі експлуатації родовища, містить у собі специфічні операції по формуванню оптимальної техногенної поверхні відпрацьованих площ, придатної для подальшого використання у народному господарстві.

До таких специфічних операцій ставляться:

- планування виробленого простору кар'єрів і поверхонь відвалів до та після усадки порід;

- нанесення на сплановані техногенні поверхні гумусового ґрунтового шару або потенційно родючих порід, придатних для росту рослин;

- виположування бортів кар'єрів і укосів відвалів до стану, який виключає розвиток ерозійних процесів, зсувів, що забезпечує проведення сільськогосподарських і лісокультурних робіт;

- здійснення спеціальних заходів щодо зміцнення укосів (терасування, гідросіяння трав тощо);

- укладання екрануючих шарів для охорони верхніх продуктивних горизонтів від шкідливого впливу токсичних порід та інших агресивних середовищ, а також для створення нормальних гідрогеологічних умов.

Розкривні та відвальні роботи в комплексі «розкрив — рекультивація» мають специфічний характер. В технологічний процес включаються наступні операції:

випереджальне видалення та спеціальне складування (на зберігання) гумусового шару;

селективна розробка розкривних порід для відділення скельних і токсичних матеріалів від потенційно-родючих ґрунтів;

селективне формування самих відвалів, що забезпечує поховання шкідливих, матеріалів;

створення у необхідних випадках спеціального проміжного шару з інертних порід і винесення на поверхню ґрунтів із сприятливими біологічними властивостями;

ущільнення насипних ґрунтів для скорочення строків їх усадки.

Виконання названих операцій потребує великих матеріальних витрат і здійснюється потужними технічними засобами.

У випадках неглибокого залягання горизонтальних шарів корисних копалин або торфу обсяги грунтових робіт відносно невеликі, технологія робіт досить проста. Із збільшенням глибини залягання видобуток стає усе більш трудомістким і складним, особливо якщо в розкриві зустрічаються скельні породи та токсичні ґрунти.

Найбільш важкою є рекультивація родовищ із крутопадаючими шарами і похилими покладами. У цих випадках зовнішні відвали займають більші площі, що набагато перевищують площу кар'єрів.

Перший крок по їхньому подоланню — гасіння осередків горіння на відвалах і охолодження породи. Однак цього недостатньо для ліквідації відвалів з породою в активній фазі стадії окиснення.

Гасіння породних відвалів, що горять, проводиться шляхом переформування конічних відвалів у пласкі. При цьому висота відвалів знижується гідромоніторами і бульдозерами від однієї третини до половини висоти. Порода з вершини розподіляється по схилах. Гірничотехнічний етап на цьому не закінчується. При переформуванні конічного відвалу у плаский утворюються схили, що мають кут нахилу 35⁰—40⁰, тобто дорівнюють куту природнього укосу.

Малюнок 1. - Схема виположування схилів і формування терас на відвалах.

Зміна температури, вологості, вивітрювання породи обумовлюють їхню нестійкість. На схилах активно протікають ерозійні процеси, часто відбуваються осипання, зсуви. Для підвищення стійкості поверхні відвалів проводиться виположування схилів..

Виположування схилів проводиться бульдозером. На пласку вершину переформованого відвалу переносяться межі базового майданчику, які розраховані з урахуванням забезпечення необхідної крутизни укосів і розташування на них терас. Максимально припустима крутизна установлена шляхом обстеження великої кількості відвалів. Для відвалів вугільних шахт вона повинна бути не більш за 30⁰, а для відвалів збагачувальних фабрик, де порода і хвости збагачення складуються спільно, - не більш ніж 27°.

Починаючи від меж майданчику, бульдозер шарами переміщує породу в радіальному напрямку від центру до периферії відвалу та звалює її під укіс. Межі кожного нового шару зміщуються від центру до краю на відстань, яка дорівнює подвійній товщині шару переміщуваної породи. При цьому формується схил 1: 2 (27°), крутизна якого періодично контролюється. При досягненні висоти, на якій запроектована тераса, породу зміщують, відступаючи від сформованого схилу на ширину тераси 4-5 м.При такім формуванні схилу бульдозер постійно працює на широкому пласкому майданчику.

Тераси формуються без переходу схилу в полотно. Висота терас прийнята 10 м. Підвищена стійкість полегшує озеленення таких схилів. Таким чином забезпечується стійкість схилів, але при переформуванні конічних породних відвалів у пласкі, виположуванні схилів з більшої частини поверхні повністю знімається шар частково вивітреної породи. Розкриття шарів зовсім невивітреної породи створює особливо сприятливі умови для їхнього інтенсивного окиснення. Для запобігання цього процесу необхідне створення штучного шару, що ізолює породу відвалу від кисню повітря. Це досягається нанесенням ґрунту шаром не менш 20-30см на плоских ділянках відвалу й 10-20см на схилах.

Потужність шару ґрунту змінюється залежно від його механічного складу. Глинисті та суглинисті ґрунти відсипаються більш тонким шаром, при відсипанні піщаних ґрунтів товщина його збільшується. У результаті нанесення такого шару інтенсивність окиснення породи відвалу значно вповільнюється, і порода переводиться в пасивну фазу стадії окиснення, де можуть виростати найбільш стійкі деревні й трав'янисті рослини.

На відвалах, де природно відбувся перехід у пасивну фазу стадії окиснення або наступні стадії, рекультиваційні заходи значно спрощуються. Лімітуючими факторами в пасивній фазі стадії окиснення також є фітотоксичність породи і низька стійкість схилів. Інші екологічні фактори, хоча кожний з них менш істотний, але в сумі значно ускладнюють умови виростання рослин.

Стійкість схилів у пасивній фазі стадії окиснення підвищується шляхом них виположування. Через обмеженість території в більшості випадків виположування здійснюється до крутизни схилів близько 30° з висотою терас 10 м. При цьому площа відвалу збільшується не більше ніж на 40%. За рахунок того, що відпадають обмеження по використанню території привідвальної зони, на територіях шахтарських міст утворюється великий резерв площ під забудову. При виположуванні до крутизни нижче 16° значно спрощується технологія наступних робіт, можливо широке застосування механізмів на таких схилах, але площа відвалу збільшується більш ніж у 2 рази. У певних умовах такий метод може бути цілком раціональним. На багатьох відвалах у пасивній фазі стадії окиснення відбувається природнє виположування схилів, які нижчі за 30°.