Текст книги "Технологии рекультивации и обустройство нарушенных земель в Западной и Восточной Сибири"

Предприятие ОАО «Транссибнефть» Красноярского РНУ (отрасль – строительство магистральных нефтегазопроводов) в Козуль-ском районе при устранении дефектов химзащиты и капитальном ремонте магистрального нефтепровода «Омск – Иркутск», в том числе с заменой труб (диаметр 1 020 мм и диаметр 720 мм), на участке 314–372 км было нарушено, отработано и рекультивировано 132 га, из которых возвращено в пашню 31 га, сенокосы и пастбища – 56 га, лесные насаждения – 26 га, водоемы и другие цели – 19 га. В процессе работ с 87 га земель был снят плодородный слой почвы в объеме 130 тыс. м3 и использован на рекультивацию нарушенных земель. На 25 га в истекшем году уменьшилась площадь нарушенных земель по отрасли «Строительство магистральных нефтепроводов», которые переведены в другие отрасли, в связи с тем что строительство подъездных дорог, внешнего электроснабжения, коллектора промышленных стоков Енашиминского нефтеперерабатывающего завода велось службой заказчика-застройщика администрации Северо-Енисейского района. Нужно отдать должное строителям нефте– и газопроводов – рекультивация земель в секторе прокладки трубопроводов проводится наилучшим образом.

Рис. 1.4. Фрагмент нанесения почвенного слоя на откос автомобильной дороги (август 2009 г., автотрасса М-53, участок Кускун – Жандат)

Рис. 1.5. Откос автомобильной дороги после планировки и выполнения работ по рекультивации (нанесение почвенного слоя, посев трав), август 2009 г., автодорога М-53 в районе с. Вознесенка Красноярского края

В 2005 г. предприятия отрасли сельского хозяйства работ с нарушением почвенного покрова земли, а также рекультивацию нарушенных земель не проводили.

За период с 1991 по 2005 г. коллективными сельскохозяйственными предприятиями и крестьянскими (фермерскими) хозяйствами было нарушено 811 га земель (4,1 % от нарушенных в крае), отработано – 478 (2,4 %), рекультивировано – 457 (2,4 %), из них в пашню переведено 36 га (7,9 %), пастбища и сенокосы – 220 (48,2 %), лесные насаждения – 119 (26,0 %), водоемы и другие цели – 82 га (17,9 %). По состоянию на 01.01.2006 в 17 районах края 68 сельскохозяйственных предприятий имели 688 га нарушенных земель, из них 68,3 % нарушены при торфоразработках (470 га). Отработано 162 га, заскладировано плодородного слоя почвы 23 тыс. м³.

На 01.01.2006 лесоперерабатывающие предприятия и лесхозы в 5 районах края имели 76 га нарушенных земель, из них отработано 2 га. Плодородного слоя почвы заскладировано в количестве 6 тыс. м³. В 2005 г. предприятия отрасли лесного хозяйства работ с нарушением почвенного покрова, а также рекультивацию ранее нарушенных земель не производили.

По состоянию на 01.01.2006 тридцать четыре хозяйствующих субъекта других отраслей народного хозяйства на территории 21 района и 2 городов края имели 531 га нарушенных земель, отработанных – 260 га, заскладированного плодородного слоя почвы – 110 тыс. м³. Открытое акционерное общество «Управление строительства № 604» в Канском районе рекультивировало 15 га нарушенных земель, из них в сенокосы возвращено 8 га, в водоемы – 7 га земель. На рекультивацию нарушенных земель использовано 20 тыс. м³ плодородного слоя почвы.

С 1991 по 2005 г. предприятия и организации отрасли промышленности строительных материалов, электроэнергетики, геологоразведки, строительства железных дорог, строительства магистральных нефтепроводов, водохозяйственного и мелиоративного строительства, лесного хозяйства и других отраслей рекультивировали 2 610 га (13,6 % от общей площади восстановленных за этот период) нарушенных земель, из которых для ведения сельского хозяйства передано под пашню 204 га (7,8 %), пастбища и сенокосы – 450 (17,2 %), в лесные насаждения возвращено 1 523 (58,4 %), под водоемы и другие цели – 433 га (16,6 %). Фрагменты горнопромышленных ландшафтов и снятие почвенного слоя для рекультивации земель в районах добычи глин для производства кирпича недалеко от пос. Громадск Уярского района Красноярского края представлены на рис. 1.6, 1.7.

На рис. 1.6 наблюдается тенденция формирования дамб из верхнего слоя, непригодного для производства кирпича, а также появление мелких озер из снеговых и дождевых осадков. Более глубокие слои глин автосамосвалами транспортируют до мест производства кирпича.

Анализ количественных показателей нарушенных земель в крае с 1976 г. показывает, что до 1991 г. их площади значительно (на 26 235 га) увеличились. С 1993 г. отмечается положительная тенденция снижения площадей ежегодно нарушаемых земель и увеличение количества рекультивируемых земель. За последние 15 лет в крае было нарушено 19 687 га и рекультивировано 19 138 га, причем в отдельные годы (1993–1995, 1997–2000, 2003) предприятиями ре-культивировано земель больше, чем нарушено. В 1997–2003 гг. было восстановлено земель, относительно количества нарушенных за этот период, на 2 683 га больше.

Вместе с тем количество нарушенных земель в землях запаса постепенно увеличивается. На 01.01.2006 в землях запаса на территории шести районов края находились 245 га нарушенных земель. Такая ситуация объяснялась тем, что отдельные частные предприятия (ООО, ОАО и др.), занимающиеся добычей полезных ископаемых (в том числе золота) и строительством, как правило, зарегистрированные не по месту производственной деятельности, отработав месторождение, становятся банкротами и ликвидируются.

Рис. 1.6. Фрагмент нарушенных земель при добыче глин для производства кирпича в 2 км от пос. Громадск

Рис. 1.7. Временный склад почвенного слоя, сформированный бульдозером в ходе горнотехнического этапа при разработке глин вблизи пос. Громадск

Нарушенные «предприятиями-банкротами» земли в большинстве своем становятся бесхозяйными и переводятся в земли запаса. В определенной степени этому способствует несовершенство действующего законодательства.

Банкротство и ликвидация предприятий и организаций либо отказ их от использования предоставленных земельных участков из-за отсутствия финансовых средств на восстановление земель вынуждают органы исполнительной власти края, специалистов Управления «Роснедвижимости» по краю и других федеральных органов проводить работы по переводу бесхозных нарушенных земель в другие виды угодий по их фактическому состоянию.

В настоящее время назрела необходимость списания осушительных систем под торфоразработками в семи районах края и перевода 470 га нарушенных земель в вид угодий «древесно-кустарниковые насаждения», поскольку данные земли фактически вторично заболотились и заросли кустарником. Аналогичная ситуация с 15 га нарушенных при строительстве мелиоративной системы в Новоселовском районе и числящихся за тремя давно ликвидированными предприятиями отрасли водохозяйственного и мелиоративного строительства земель.

В главном угледобывающем регионе РФ, Кемеровской области, в последние годы происходит существенный рост объемов добычи угля. Параллельно с действующими угольными предприятиями строятся на вновь осваиваемых месторождениях новые предприятия по добыче и обогащению угля. За счет техногенного фактора из хозяйственного оборота выбывают продуктивные лесные и сельскохозяйственные земли. По прогнозам Института угля и углехимии СО РАН (г. Кемерово), к 2020 г. в Кузбассе будет добываться 220 млн т угля с постепенным ростом добычи к 2025 г. до 270 млн т и 275–300 млн т – к 2030 г. Из них примерно 47 % будет добываться подземным способом и 53 % – открытым. В связи с этим, учитывая среднюю землеёмкость открытых горных работ на уровне 28 га/млн т угля, площади нарушенных земель составят 2 800–2 900 га за один календарный год. До 2015 г. открытыми горными работами в Кузбассе будет уничтожено 52 тыс. га земель. До 2030 г. эта площадь возрастет еще на 20,1 тыс. га [143–146].

Если учесть то обстоятельство, что каждый вновь строящийся угольный разрез будет обустраивать промышленную площадку – административно-бытовой комбинат, ремонтные мастерские, депо для железнодорожного транспорта либо автогараж под технологический автотранспорт и т.п., – то эта цифра увеличится в 1,5 раза и достигнет 108–110 тыс. га. Из них 42 тыс. га – продуктивные земли сельскохозяйственного назначения (пашни, пастбища, сенокосы). Основная тенденция в восстановлении земель в Кузбассе с 1966 по 2000 г. – это большой удельный вес в структуре сдаваемых земель лесных угодий, достигающий 67 % [143–146]. Сельскохозяйственные угодья в общей площади сданных земельных угодий составят 37 %.

Как видно из обзора ротации земельного фонда, происходит интенсивное изъятие земель под нужды промышленности. Более интенсивно земельный фонд занимают предприятия угольной отрасли. И это обстоятельство острее всего проявляется в угледобывающих регионах РФ в связи с интенсивным освоением месторождений угля.

1.2. Технологии горнотехнической рекультивации нарушенных земель при разработке месторождений Канско-Ачинского угольного бассейна

Геологическое строение карьерных полей угольных разрезов «Бородинский», «Переясловский», «Канский»

Угольные разрезы «Бородинский», «Переясловский» находятся в Рыбинском районе, разрез «Канский» – в Канском районе Красноярского края. Геологическое строение карьерных полей трех разрезов в целом обладает некоей схожестью. Поэтому остановимся на детальном описании строения разреза «Бородинский», у которого наиболее сложное строение. В геологическом строении Рыбинского угленосного района, расположенного в восточной части Канско-Ачинского угольного бассейна, принимают участие осадки континентального происхождения палеозойского (девон, карбон) и мезозойского (юра) возрастов. Древние метаморфические и интрузивные породы развиты в горных сооружениях, окружающих впадину. Наиболее широко в Рыбинской впадине распространены юрские угленосные отложения, залегающие на размытой и неровной поверхности пород палеозойского комплекса. Четвертичные отложения (m_В1) встречаются в речных долинах, а также в виде сплошного чехла различной мощности покрывают склоны и водоразделы (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Фрагмент вертикального геологического разреза, представленного вскрышной рабочей зоной угольного разреза «Бородинский»

Юрские угленосные отложения, представляющие промышленный интерес, в пределах Рыбинской впадины широко распространены и занимают площадь около 5 500 км². К нижнему отделу юры относится переясловская свита, к среднему отделу – камалинская и бородинская свиты. В юрских отложениях выделена из состава камалинской свиты четвертая иланская свита, которая относится к нижнему отделу и залегает на отложениях переясловской свиты.

Переясловская свита (J _1pr ). Нижняя граница свиты проводится по почве базальтного слоя гравеллитов или крупно-среднезернистых песчаников. Свита в пределах впадины практически неугленосна, подавляющую долю в породном составе свиты составляют светло-серые до темно-серых песчаники и алевролиты преимущественно русловых фаций. Мощность свиты до 90 м, угленасыщенность по Рыбинской впадине 3,0–3,3 %.

Иланская свита (J _1i1 ). Представлена переслаивающимися пачками песчаников и алевролитов. В основании залегает пачка песчаников мощностью 10–15 м. Мощность свиты 65–75 м.

Камалинская свита (J _2km ). С незначительным перерывом, а чаще без следов последнего залегает на песчаниках иланской свиты. Основание свиты в основном представлено крупнозернистыми, иногда и мелкозернистыми зеленоватыми или желтоватыми песчаниками. Выше распространены те же песчаники, сменяющиеся темно-серыми кварц-полевошпатовыми алевролитами, темными аргиллитами, пластами и линзами угля. Общая мощность свиты около 200 м. Угленосность свиты в среднем составляет 2,5–7,3 %.

Бородинская свита (J_2br). Нижняя безугольная часть свиты представлена слоистыми песчаниками, реже алевролитами мощностью 40–60 м. Верхняя угленосная часть цикла мощностью до 140 м характеризуется преобладанием в разрезе углей (до 52 %) и подчиненным количеством песчаников (25 %) и алевролитов (18 %). Аргиллиты и гравелиты встречаются очень редко. Максимальная мощность свиты в центральной части Бородинской мульды составляет 170 м.

Платформенный генетический тип месторождения определил характер строения юрских толщ: состав пород в разрезе и на площади крайне не выдержан. Отмечается частая смена фаций по простиранию на незначительных расстояниях, которые иногда не превышают 100–200 м. Однако общие признаки цикличного характера осадконакопления юры в Бородинской мульде проявляются довольно четко. Ниже приведем краткую литологическую характеристику пород с учетом микроскопического описания по данным НИИОГР.

Песчаники принимают широкое участие в разрезе пород между угольными пластами. Залегают они в виде слоев мощностью (m_В2) от 0,7 до 4 м в верхней части разреза и до 7–9 м в междупластиях угольных пластов «Рыбинский» – «Бородинский» – «Бородинский-2» (на рис. 1.8 не показан). Фациально замещаются алевролитами. Промышленное значение имеют угольные пласты «Рыбинский» мощностью (m_Д1) до 6–7 м, «Бородинский-1» мощностью (m_Д2) до 40 м и «Бородинский-2» мощностью до 6 м.

В стратиграфическом разрезе углевмещающих пород песчаники составляют 18,8 %, из них на долю песчаников мелкозернистой структуры приходится 13,7 %, а среднезернистых и крупнозернистых соответственно 4,3 и 0,9 %. Песчаники имеют светло-серую окраску, реже темно-серую с зеленоватым или буроватым оттенком. Содержание обломочного материала в песчаниках колеблется от 20 до 60 %, в среднем составляет 43 %. Минеральный состав обломков следующий: кварц – 25,5 %, полевые шпаты – 8,7 %, слюда – 1,3 %, кварцит – 2,9 %, кремнистая порода – 3,4 %, рудные и углистые включения соответственно 0,5 и 0,7 %. В незначительном количестве и в виде единичных зерен встречаются турмалин, апатит, циркон. Цемент песчаников по составу глинистый, глинисто-карбонатный и карбонатный.

По составу цемента и крепости выделяются известковистые песчаники, встречающиеся в различных частях разреза. Они представлены телами линзовидной формы мощностью в диапазоне 0,3–1,5 м. Известковые песчаники помимо повышенной прочности отличаются светлой белесой краской и обычно пронизаны сетью нитевидных прожилков гидроокислов железа.

Алевролиты залегают в виде слоев различной мощности. Мощность в верхних маломощных междупластиях изменяется от 0,5 до 3 м, а в нижних – от 0,5 до 5 м. На отдельных разведочных линиях мощность слоев алевролитов повышается до 8–9 м (m_В2). Алевролиты в разрезе площади карьерного поля составляют 20,4 %, из них преобладают алевролиты крупноалевролитовой фракции – 15,1 %, а мелкоалевролитовой – 5,3 %. Алевролиты светло-серого, серого и темно-серого с зеленоватым оттенком, косо– и пологоволнистой, реже линзовидной слоистости.

В отличие от песчаников алевролиты характеризуются повышенным содержанием кварца – 33,5 %, слюды – 2,3 %, несколько меньшим количеством полевых шпатов – 5,7 %, кварцитов – 2,0 %, кремнистой породы – 3,1 %, исходя из среднего содержания обломочного материала – 46,0 %.

Углистые алевролиты распространены в основном в угольном пласте «Бородинский-2». Углистые и слабоуглистые алевролиты матово-темно-серые, почти черные. Содержание углистого вещества колеблется от 25 до 85 %, глинистого – от 10 до 35 %, кварцевого цемента – от 15 до 60 %. Аргиллиты редко встречаются в контурах карьерного поля. Они обычно темно-серого цвета. Текстура микрослоистая, пятнистая.

Кроме указанных пород в зоне выходов угольных пластов под наносы развиты горелые и так называемые обрушенные породы. Мощность горелых пород достигает 28 м. В верхней части разреза над горелыми породами залегают обрушенные породы. Общая площадь распространения горелых пород на месторождении составляет около 46 км². Обжигу подвергались юрские породы вскрыши пластов, четвертичные породы наложились на сформировавшиеся горелые породы. Горелые породы представляют собой те же песчано-глинистые породы (песчаники, алевролиты), которые подвергнуты обжигу без доступа кислорода при выгорании угля. Внешне это кирпично-красные, вишнево-красные, буроватые породы. В верхней части разреза они рыхлые, а в нижней – крепкие спекшиеся (ошлакованные) глиежи.

Обрушенные коренные породы, как правило, приурочены к зонам сгорания угля, чаще залегают непосредственно на горелых породах, иногда перекрывают угольный пласт. Мощность их изменяется от 2–3 до 7 м. Обрушенные породы – это раздробленные, перекрытые рыхлые породы с нарушенной структурой. Участки с развитием горелых пород на месторождении отмечаются повышенными формами рельефа.

Четвертичные отложения – (m_В1) – в пределах Бородинской мульды представлены в основном аллювиально-деллювиальными образованиями, сплошным чехлом перекрывающими коренные породы. Это суглинки, глины, супеси. В случае залегания их на горельниках в основании обычно прослеживается горизонт, обогащенный щебенкой горельников. В речных долинах четвертичные отложения представлены песками и галечниками. Мощность отложений весьма не выдержана и изменяется от 0,5 до 15–20 м. На площади основного карьерного поля составляет 6,1 м.

Верхний плодородный слой почвы мощностью до 0,6 м – это серые лесные и черноземные почвы, используемые в агропромышленном комплексе Рыбинского и Канского районов.

Технологические решения в проведении горнотехнического этапа рекультивации земель сельскохозяйственного назначения

В бывшем СССР в горно-добывающей отрасли плодородный слой почвы (далее – ПСП) угольные разрезы вместе с породой верхнего вскрышного уступа вывозили в отвалы [6]. Общеизвестно, что почвенная оболочка является основой земледелия. Такой подход способствовал уничтожению значительных площадей продуктивных сельскохозяйственных угодий. Сложившаяся ситуация была исправлена работами по рекультивации нарушенных земель практически на всех горных предприятиях в 1970 г. С этого момента началась эволюция в теории и практике в совершенно новом направлении хозяйственной деятельности в недропользовании.

Естественным желанием производственников и проектировщиков была возможность встраивания работ по рекультивации земель в основную технологию вскрышных работ. В зависимости от применяемого при отработке верхнего вскрышного уступа горного выемочного оборудования разрабатывались технологические схемы рекультивации земель.

Решением научных проблем в области рекультивации занимались многочисленные отраслевые проектные и научно-исследовательские институты. В результате была обоснована необходимость и целесообразность проведения горнотехнического (рис. 1.9) и биологического этапов в рекультивации продуктивных земель сельскохозяйственного назначения.

В 1970-е гг. основными принципами при составлении технологической документации на проведение работ по рекультивации земель выступали:

– возможность использования за счет внутренних резервов предприятий основного горного и транспортного оборудования, применяемого на угольном разрезе, для проведения этим же оборудованием работ на техническом этапе рекультивации;

– экономическая целесообразность использования машин, применяемых на технической рекультивации, для выполнения вспомогательных работ на разрезах, работ на внешних и внутренних отвалах с целью более полной загрузки оборудования;

– возможность использования применяемых на угольном разрезе структур и технологических схем работы, оборудования и машин в вариантах комплексной механизации в увязке с техническим этапом рекультивации земель [50].

Рис. 1.9. Классическая последовательность проведения работ на горнотехническом этапе рекультивации

Все, что достигнуто в области рекультивации земель, – использование начиная с 1970 г. в технологиях рекультивации горнотранспортного оборудования, применяющегося на угольных разрезах, на основных работах.

Плодородный слой почвы снимается с площадей, занятых пашней, сенокосами и пастбищем. На площадях, занятых лесом и заболоченных, снятие ПСП не предусмотрено [45]. Мощность снимаемого слоя ПСП принимается 0,35 м, и это на длине фронта горных работ 4–8 км.

На снятии ПСП вот уже на протяжении почти 40 лет применяется бульдозерная техника – С-100 в начале периода, а в настоящее время мощные бульдозеры типа ДЭТ-250 и их зарубежные аналоги (рис. 1.10). Бульдозеры и бульдозеры-рыхлители – основное оборудование, которое используется на различных операциях технического этапа рекультивации. Работа бульдозеров, как правило, не связана жестко с другими выемочными и транспортными машинами в технологической цепочке: снятие, погрузка, транспортирование, складирование и укладка ПСП на подготовленные участки отвалов.

Погрузка ПСП из временных складов снятого ПСП осуществляется карьерными экскаваторами с емкостью ковша 2,5–6,0 м³. На крупных угольных разрезах ПСП вывозится локомотивами ТЭМ-7 на промежуточные склады в железнодорожных думпкарах ВС-105, задействованных как основное транспортное звено на вскрышных работах. На планировке и разравнивании ПСП на отвалах также применяют тяжелые бульдозеры [99].

Рис. 1.10. Основные технологические процессы снятия ПСП бульдозером «Comatsu D155A» (слева – транспортировка набранной призмы волочения; справа – укладка ПСП в бурт), разрез «Бородинский», июнь 2009 г.

На крупных угольных разрезах Красноярского края плодородный слой почвы снимается с опережением, как правило, за несколько лет (5–7 лет) до подхода горных работ к буртам ПСП. На снятии ПСП применяют тяжелые бульдозеры и гидравлические экскаваторы типа «обратная лопата» с емкостью ковша 1,2–1,5 м³. Этим оборудованием создают временные хранилища ПСП – бурты высотой не более 10 м (рис. 1.11, 1.12, 1.13). В этих буртах ПСП может храниться несколько лет. Если имеются подготовленные отвальные поверхности для нанесения ПСП, последний вывозится по указанным адресам авто– или железнодорожным транспортом (рис. 1.14). Заскладированный на отвалах ПСП разравнивается бульдозерами (рис. 1.15), а чистовая планировка производится автогрейдерами.

Предварительный анализ проектных решений и обзор накопленного производственного опыта указывают на несовершенство технологических процессов, составляющих основу технологий рекультивации продуктивных земель сельскохозяйственного назначения. С 1970 г. и по сегодняшний день нет кардинальных решений, связанных с корректировкой существующих технологий, а также в области создания нового горно-транспортного оборудования, позволяющих производить восстановление разрушаемых горными работами земельных ресурсов с высокими агрохимическими показателями.

Рис. 1.11. Погрузка снятого ПСП в автосамосвалы на разрезе «Бородинский», июль 2010 г.

Рис. 1.12. Фрагменты отсыпки бурта ПСП высотой 6-8 м вдоль железнодорожных путей (разрез «Бородинский», октябрь 2009 г.)

Рис. 1.13. Плодородный слой почвы на хранении на территории внутренних отвалов угольного разреза «Бородинский» перед нанесением на поверхность рекультивируемых отвалов (в центре фотографии)

Рис. 1.14. Погрузка ПСП экскаватором ЭКГ-6,3ус в железнодорожные думпкары 2ВС-105 (разрез «Бородинский», октябрь 2010 г.)

Рис. 1.15. Разравнивание ПСП на породном отвале бульдозером Т-170