Охрана природного ландшафта в горном производстве

Выделяются две группы мероприятий по охране, рациональному использованию и воспроизводству земель при разработке месторождений полезных ископаемых. К первой группе отнесены мероприятия предохранительного характера, предусматривающие максимально возможное, экономически оправданное и технически осуществимое ее сокращение прямого и косвенного воздействия на земли. Ко второй группе отнесены мероприятия восстановительного характера, направленные на устранение последствий негативного воздействия горного производства на земли.

Снижение прямого и косвенного воздействия достигаетсяза счет внедрения научно обоснованной системы размещения промышленных предприятий и отдельных объектов,путем разработки и внедрения прогрессивных норм нарушения территорий при промышленном и гражданском строительстве; строгом соблюдением строительных норм и правилрегламентирующих взаимное расположение зданий сооружений, линий электропередачи, дорог, инженерных коммуникаций; оптимизацией параметров карьерных откосов, что позволяет объективно установить как размеры карьерного поля в плане, так и объемы разрабатываемых вскрышных пород и, следовательно, объемы отвалов, оптимизацией параметров отвалов, хвосто- и шламохранищ,предотвращением деформаций земной поверхности в зоне горных работ; путем внедрения прогрессивных методов осушения месторождений полезных ископаемых, по­зволяющих сохранить запасы, состояние и режим грунтовых и подземных вод и обеспечить их рациональное использование; устранением и уменьшением сбросов сточных и рудничных вод в гидрографическую сеть; устранением или уменьшением выбросов в атмосферу отходов переработки; предотвращением ветровой и водной эрозии нарушенных земель; утилизацией вскрышных пород и отходов переработки.

Увеличение емкости внешних отвалов и хвостохранилищтакже является одним из мероприятий по охране и рациональному использованию земель на горных предприятиях.

Целесообразность этого мероприятия для конкретного горного предприятия определяется спецификой условий разработки месторождения, наличием земельных участков, необходимых для размещения отвалов и хвостохранилищ, условиями оптимизации параметров техногенных ланд- шафтных комплексов и направлением последующей рекультивации.

Основные виды отрицательного воздействия продуктов эрозии на природную среду следующие:

1. Необратимые изменения структуры и состава почв -
сниижение водопрочности и механической прочности агрегатов с последующим ухудшением агрофизических свойств почв; разубоживание гумусового и солевого составов почв; изменение их водоудерживающей способности, приводящее в одних случаях к иссушению, в других - к заболачиванию угодий.

2. Необратимые изменения состава, структуры исвойств потенциально плодородных пород, уложенных наповерхность нарушенных земель с целью их последующейбиологической рекультивации.

3. Загрязнение почв и почвогрунтов воздушными и водными выносами дисперсных минеральных частиц, что приводит в ряде случаев к порче растительного покрова, засолению и заболачиванию поверхности.

4. Засоление почв и почвогрунтов и интоксикация растений продуктами химического разрушения пород. Особенно сильно это проявляется в зонах размещения отвалов производства калийных удобрений (солеотвалов).

5. Запыление воздушного бассейна продуктами ветровой эрозии. Наиболее интенсивными источниками запыления являются инженерные сооружения (хвостохранилища, гидроотвалы, автотранспортные пути в пределах территории горных предприятий и т.п.), в результате эксплуатации
которых на их поверхности откладываются или образуются слои тонкоизмельченных пород,

6. Загрязнение водного бассейна продуктами ветровой и водной эрозии (твердыми примесями и химическими растворами).

7. Ухудшение физико-технических параметров пород, используемых в различных инженерных сооружениях, на­пример, ухудшение несущей способности и фильтрационных характеристик конструктивных элементов гидротехнических сооружений (дамб, хвостохранилищ, плотин, бортов
водоотводных каналов, дренажных траншей и пр.); изменение свойств грунтовых оснований; разрушение насыпей и др.

Степень проявления перечисленных негативных воздействий и величина наносимого ими ущерба целиком за­висят от способности пород противостоять эрозии.

Основными объектами эрозии на горных предприятиях, наносящими наибольший ущерб окружающей природной среде, являются:

• хвостохранилища и другие гидротехнические сооружения (гидроотвалы, шламохранилища и др.),
отвалы песчано-глинистых пород;

• различныетранспортныеповерхности (эксплуатируемые бермы отвалов, дамб хвостохранилищ, подъездные и внутрикарьерные дороги и пр.), по которым осуществляется регулярное передвижение тяжелого оборудования и автотранспорта.

Механический метод защиты поверхности от эрозии основан на возведении механической преграды на пути разрушающего агента (воздушного или водного потока). В отличие от биологического и химического методов противоэрозионной защиты породы, слагающие защищаемую поверхность, непосредственно не участвуют в процессе повышения устойчивости поверхности к эрозии.

Для преграждения пути водным потокам применяют специальные способы вспашки склонов с образованием продольных борозд на поверхности откоса, возведение земляных валов или водоотводных нагорных траншей и т.п.

Однако такие способы не обеспечивают защиты поверхности склонов от прямого воздействия дождя и ветра. Большую надежность обеспечивают способы непосредственного покрытия эродируемой поверхности хвостохранилищ твердыми конструктивными элементами типа сплошных или решетчатых щитов (с последующей посадкой растений в ячейках решеток), сборных железобетонных элементов, соломенных, тростниковых или камышовых матов и плит (последние предварительно обрабатываются вяжущими составами), насыпных слоев щебня, шлака, древесной коры и т.п. В последнее время для укрепления поверхности откосов высоких земляных сооружений типа насыпных плотин, отвалов песчано-глинистых пород применяют покрытия из синтетических полотен. Однако в этом случае затруднена последующая биологическая рекультивация.

Способы механической защиты поверхности от эрозии характеризуются значительной трудоемкостью, низкой производительностью и для решения рассмотренных выше задач используются лишь в отдельных случаях, главным образом, как вспомогательные в сочетании с биологиче­скими методами укрепления поверхности.

Биологический метод защиты поверхности от эрозии предусматривает посадку (посев) культурных или дикорастущих растений на поверхностном слое укрепляемых пород или внесение в этот слой культур микроорганизмов.

Защита пород от разрушения достигается благодаря двум эффектам: глубинному (объемному) связыванию минеральных частиц в пределах укрепляемого слоя и экранированию поверхности от внешних воздействий. В первом случае эффект укрепления создается в результате склеивающего действия продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (бактерий, низших растений) или вследствие армирующего действия корневой системы растений. Во втором случае наземная часть биомассы, покрывающая защи­щаемую поверхность, предотвращает непосредственное воздействие на эту поверхность воздушных и водных потоков и предельно снижает их скорость вблизи поверхности.

Кроме того, ослабляется проявление температурного контраста, связанное с суточными колебаниями температуры окружающей среды. И, наконец, даже при неравномерном зарастании поверхности такие участки служат просто механическим препятствием для частиц грунта, перемещаемых с незаросших участков, и тем самым предотвращаютвынос продуктов эрозии в окружающую среду.

В практике противоэрозионной защиты нарушенных горными работами земель наибольшее распространение получил способ залужения поверхности, в особенности поверхности откосов, непредназначенных для лесо- или сельскохозяйственного использования.

Здесь могут быть эффективно использованы торфо-дерновые ковры.

Выращенные вне отвалов (на верховых торфяниках) ковры транспортируют с помощью простейших средств (волоком на металлических листах) к отвалу и вручную укладывают на откосе.

Анализ рассмотренных выше способов биологического закрепления эродируемых поверхностей показал, что с экологической точки зрения биологический метод противоэрозионной защиты является наиболее прогрессивным и перспективным. Однако такое укрепление поверхности ос­тается пока весьма трудоемким, дорогостоящим и "чувствительным" к природно-климатическим условиям. Кроме того, учитывая значительную стоимость работ, с помощью биологического метода целесообразно укреплять только отстроенные (погашаемые) поверхности. Поэтому биологическое укрепление (биологическую рекультивацию) поверхности эксплуатируемых отвалов и хвостохранилищ можно рекомендовать лишь для наружных откосов нижних ярусов. Кроме того широкое промышленное внедрение биологического метода закрепления крутонаклонных откосов в практике горного производства сдерживается отсутствием средств механизации.

В развитии биологического метода противоэрозионной защиты отмечаются следующие тенденции:

1. Совершенствование способов создания почвенного слоя из самого укрепляемого материала. Создание почвенных структур из этого материала с помощью химических мелиорантов, в качестве которых предпочтительны высокополимерные соединения, в частности, поликомплексные композиции, внесение которых в мелиоративный слой по­зволяет быстро создать высокоструктурную почву с высокой гидроаккумуляционной способностью и стабильными агрохимическими характеристиками.

2. Выбор оптимального ассортимента трав для конкретных природно-климатических условий, агрохимических и агрофизических свойств закрепляемых пород. В последнее время предпочтение отдается диким почвопокровным растениям (разрастающимся по поверхности, а не ввысоту), не требующим особо благоприятной среды. Имеется тенденция к использованию почвенных водорослей для повышения противоэрозионной стойкости почвогрунтов и формирования почвенного слоя в песках.

3. Разработка рациональных способов гидропосева трав для закрепления горизонтальных и пологих поверхностей.

4. Формирование вне укрепляемой поверхности гиб­ких или жестких конструктивных элементов (плит, матов, крупных гранул) из питательных грунтотравяных смесей с последующей механизированной укладкой этих элементов на крутонаклонные поверхности.

Физико-химический метод противоэрозионного укрепления поверхности основан на управлении свойствами и структурой грунта в укрепляемом слое путем введения в негоразличных вяжущих веществ. По типу применяемых вяжущих (структурообразователей) различают способы це­ментации, битумизации, силикатизации, укрепления грунтовсинтетическими смолами, сложными высокополимерными композициями и др.

В процессе укрепления грунтов участвуют две физико-химические системы: грунт и структурообразователь (вяжущие). Процесс протекает на границе контакта этих двух систем.

Для предотвращения эрозии на горных предприятиях могут использоваться различные типы структурообразователей: неорганические вяжущие, битумы, синтетические смолы,лигнины, латексы, полиэлектролитные композиции (поликомплексы), реже цементы.

К способам закрепления грунтов неорганическими растворами можно отнести силикатизацию, укрепление грунтов фосфатными вяжущими, кремнефторводородной кислотой и ее солями, растворами солей железа и алюминия и др.

Среди этих способов наибольшее распространение получила силикатизация (одно- и двухрастворная), основанная на совместном применении растворов жидкого стекла - силикатов щелочных металлов (натрия, калия) и различных гелеобразующих добавок, а также на приме­нении суспензий портландцемента в растворах силиката натрия.