VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Освоение месторождений полезных ископаемых открытым способом связано со значительными изменениями экологического равновесия района. Отрицательное влияние открытой разработки месторождений полезных ископаемых выражается в нарушении земельных ресурсов и гидрологического режима прилегающей местности, загрязнении воды, почвы и воздуха, образовании внешних отвалов и выработанного пространства карьеров. В результате этих негативных влияний в районе добычи полезного ископаемого происходит снижение урожая сельскохозяйственных культур, уменьшение прироста древесины, усыхание и гибель насаждений и ухудшение санитарно-гигиенических условий жизнедеятельности людей. Указанные отрицательные последствия открытых разработок могут быть ликвидированы или снижены своевременной рекультивацией нарушенных земель в период эксплуатации месторождения. В этой связи изучение нарушения земель, сохранения структуры почвы и мощности рекультивационного слоя имеет большое значение для повышения качества выполняемых работ по восстановлению нарушенной территории на открытых разработках.

При открытых разработках для ведения горных работ и размещения технологических объектов изымаются земельные ресурсы, которые в различной степени нарушаются в процессе добычи полезного ископаемого. В период освоения конкретного месторождения следует вести горные работы по обоснованным критериям рационального использования земельных ресурсов при ведении горных работ в карьере, складировании вскрышных пород во внешних отвалах и рекультивации нарушенных земель. Тогда появляется возможность сохранения экологического равновесия в системе «карьер-окружающая среда» в ходе производства добычи минерального сырья, соответствующего требованиям законодательства по охране окружающей среды.

Эффективность рекультивации нарушенных земель в определенной степени зависит от качества выполнения отдельных видов рекульти- вациионных работ в период освоения месторождения. На качество рекультивированной территории влияет сохранение естественной структуры почвы и мощность создаваемого рекультивационного слоя. Принятие мер по сохранению способности плодородного слоя почвы поглощать, удерживать влагу и образовывать сильную капиллярную систему, ее теплообмен и воздухопроницаемость при снятии, хранении и использовании способствует повышению качества рекультивационных работ. Выполнение этих условий при рекультивации нарушенных земель направлены на получение желаемого эффекта от восстановления территории на открытых разработках.

На открытых разработках структура организации производства технического этапа рекультивации определяется масштабами добычи полезных ископаемых на предприятии. Открытые горные работы сопровождаются обязательным нарушением земель природного ландшафта и ежегодным отчуждением новых земель для нужд производства. При этом с нарушаемых земель осуществляется снятие плодородного слоя почвы в соответствии с необходимостью ведения на этих площадях открытых горных работ. При рекультивации поверхности внешнего отвала производятся работы по планировке, нанесению потенциально плодородных пород и плодородного слоя почвы на поверхность отвалов в зависимости от агрохимической характеристики пород рекультивируемых участков. Осуществление организации производства открытых разработок включает необходимость изучения следующих взаимосвязанных вопросов, влияющих в будущем на состояние рекультивируемых площадей:

• структуры почвы нарушаемых площадей земельного отвода предприятия;

• геометризации формы, условий залегания и качества плодородного слоя почвы;

• мощности рекультивационного слоя на восстанавливаемом участке;

• улучшение плодородия и повышение продуктивности рекультивируемых площадей.

Структура почвы при использовании для рекультивации нарушенных земель, если не применять необходимых мер, постепенно теряет свои качества. Структура является важным свойством почвы, она определяет ряд других ее свойств и влияет на ее плодородие. В этой связи управление процессами структурообразования позволяет поддерживать почву в необходимом структурном состоянии. К основным причинам утраты структуры почвы относятся: механическое разрушение, физико-химические причины и биологические процессы [1].

Механическое разрушение структуры почвы происходит вследствие обработки почвы, передвижения по ее поверхности машин и орудий и животных. Важнейшими путями уменьшения механического разрушения является обработка почвы в спелом состоянии и сокращение количества обработок.Механические воздействия, возникающие при использовании сверхтяже­лой техники на открытых разработках, разрушает структуру почвы, ухудшает ее водно-физические свойства и угнетает биологическую активность. В результате уплотнения почвы в дальнейшем снижает­ся урожайность выращиваемых культур.

Физико-химические причины утраты структуры связаны с реакциями обмена внутри почвы кальция и магния на натрий и аммоний. При этом гумусовые вещества, прочно цементирующие механические элементы в агрегаты, а при увлажнении структурные отдельности в них разрушаются. Поэтому приемы химической мелиорации почв способствуют улучшению ее структуры.

Биологические причины разрушения структуры обусловлены разложением гумусовых веществ почвенными микроорганизмами. В результате потери гумуса, главного цементирующего вещества, структура почвы теряет водопрочность и разрушается. В пахотных почвах наряду с разрушением структуры происходит и ее создание, поэтому в зависимости от преобладания процесса, будут наблюдаться уменьшение или увеличение содержания водопрочных агрегатов. Восстановление и сохранение структуры почвы при рекультивации нарушенных земель на открытых разработках должна осуществляться агротехническими методами и путем введения в почву искусственных структурообразователей.

К агротехническим методам улучшения структуры почв относятся: посев многолетних трав, обработка почвы в спелом состоянии, известкование кислых почв, гипсование солонцовых почв, внесение минеральных и особенно органических удобрений. Прочная структура образуется под воздействием, как многолетних трав, так и однолетних культур. Так, многолетние травы оставляют в почве больше корневых остатков и лучшего качества, чем однолетние. Поэтому после них образуется больше гумуса и лучше оструктуривается почва.

При освоении месторождений полезных ископаемых открытым способом рекультивационные работы начинаются со снятия плодородного слоя почвы на нарушаемых землях, отведенных под производственные объекты. Плодородному слою почвы отнесены верхние органо-минеральные горизонты, наиболее темноокрашенные в профиле и содержащие до 30% органического вещества, прочно связанного с минеральной частью почвы. Эти гумусовые горизонты различаются по цвету, мощности, содержанию органического вещества, структуре и химическим свойствам, которые определяются на основании отбора проб почвы нарушаемых площадей земельного отвода и лабораторного исследования.

Решение задач сохранения структуры при снятии плодородного слоя почвы на открытых горных работах предлагается осуществлять на основании изучения геометризации его формы, условий залегания и качества [2]. Тело плодородного слоя почвы ограничено сверху топографической поверхностью и снизу поверхностью раздела с вмещающими породами. По своей форме плодородный слой почвы можно отнести к простым, так как поверхность раздела в лежачем боку, для ограниченных участков близки к плоскостям. Мощностью плодородного слоя почвы называется вертикальное расстояние между топографической поверхностью и поверхностью раздела в лежачем боку. При геометризации плодородного слоя почвы могут быть построены в изолиниях гипсометрические планы его подошвы, изомощности и содержания гумуса в почве (рис.1). Построение этих планов осуществляется в следующей последовательности:

• создается плановое обоснование по данным изучения почвы нарушаемой площади путем нанесения по координатам точек взятия проб;

• в зависимости по какому параметру строится план, у каждой точки выписываются или высотные отметки подошвы плодородного слоя почвы, или только его мощность, или содержание гумуса почвы в данной точке;

• задаваясь высотой сечения, изогипс почвы, или мощности, или содержания гумуса, производится интерполирование; соединяя одноименные значения высотных отметок, мощности и гумуса получают планы в изолиниях: гипсометрический план плодородного слоя почвы (рис. 1,а), изменения его мощности (рис. 1,б) и содержания гумуса в процентах (рис. 1,в) на данном участке местности.

Гипсометрические планы характеризуют пространственное положение и элементы залегания плодородного слоя почв в любой точке. Планы изомощностей и содержания гумуса в почве дают представление об изменении их по площади и могут быть использованы при подсчете запасов и потерь почв при выполнении рекультивационных работ.

а – плодородного слоя (гипсометрический план); б – изомощностей; в – содержания гумуса почвы

Рисунок 1 – Планы изолиний

На горных предприятиях снятый плодородный слой почвы подлежит временному хранению, срок которого может длиться десятки лет до подготовки рекультивируемых поверхностей к его нанесению. При этом местоположения временных складов хранения плодородного слоя почвы должны выбираться в соответствии со специфическими требованиями по сохранению его структуры и плодородия, а также для обеспечения удобства ведения открытых горных работ:

• занимать по возможности непригодные и малопригодные для сельскохозяйственных нужд земельные участки;

• предназначенные места временных складов должны иметь благоприятные условия для повторной погрузки плодородного слоя почвы;

• временные склады должны располагаться с учетом конфигурации земельного отвода и взаимного размещения, внешних рекультивируемых отвалов;

• временные склады почв следует размещать на сухих участках, не подвергающихся действию поверхностных и грунтовых вод;

• высота временных складов с целью сохранения оптимальных физико-химических свойств почвы не должна превышать 5 м;

• увеличение высоты временных складов приводит к переуплотнению почвы из-за использования мощной техники при создании их, затуханию микробиологической деятельности в почве и резкому ухудшению ее свойств;

• поверхность временных складов с целью защиты от водной, ветровой эрозии и улучшения структуры почвы должна засеваться многолетними травами.

Соблюдение вышеуказанных условий хранения и выполнения работ по погрузке плодородного слоя почвы обеспечит требуемое его плодородие при нанесении на рекультивируемые участки внешнего отвала. На техническом этапе рекультивационных работ создается специальный поверхностный слой рекультивируемой площади, так называемый рекультивационный слой, обеспечивающий благоприятные условия для биологической рекультивации [3,4].

При сельскохозяйственном направлении рекультивации поверхность отвала формируется аналогично природному вертикальному почвенному профилю. С учетом этого в верхней части профиля должен располагаться плодородный слой почвы мощностью не менее 0,3 м, ниже его слой потенциально плодородных пород и еще ниже слой водонепроницаемых пород (рисунок 2).

Мощность и структура корнеобитаемого слоя устанавливается в зависимости от агрохимических и физико-механических свойств верхнего слоя насыпного грунта, типа водного режима и вида последующего освоения рекультивированной территории. Мощность этого слоя должна быть на уровне минимально необходимой для развития корневой системы растений. Корнеобитаемый слой формируется из пород, благоприятных для произрастания растений. Его мощность после усадки должна быть не менее: для пашни – 1,0 м; сенокосных угодий – 0,7 м; лесных насаждений – 2 м; слой водонепроницаемых пород – 0,5 м.

1-плодородный слой почвы; 2-потенциально плодородные породы;

3-слой водонепроницаемых пород; 4-насыпные породы

Рисунок 2 – Структурный разрез

Таким образом, сохранение естественной структуры почвы и создание рекультивационного слоя необходимой мощности при выполнении рекультивационных работ способствует улучшению качества рекультивации нарушенных земель на открытых разработках.

Литература

1. Апарин Б.Ф. Почвоведение. –М.: Издательский центр «Академия», 2012. -256 с.

2. Попов И.И., Калыбеков Т. Маркшейдерское дело. Маркшейдерские работы при горнотехнической рекультивации нарушенных земель. -Алматы: Печатный дом, 2000. -167 с.

3. Горлов В.Д. Рекультивация земель на карьерах. – М., 1981.-260 с.

4. Коваленко В.С., Штейнцайг Р.М., Голик Т.В. Рекультивация нарушенных земель на карьерах. –М.: МГГУ, 2008. -65 с.

Код для цитирования: Скопировать