Способ рекультивации нерабочих бортов карьеров
METHOD FOR RECLAMATION OF NON-WORKING SIDES OF OPEN PITS

Изобретение относится к горным работам и может быть использовано при рекультивации карьеров.
В настоящее время значительная часть карьеров рекультивируется путем террасирования бортов. При этом в ряде случаев для создания благоприятных условий восстановления растительности на горизонтальные площадки отсыпают потенциально плодородные породы и почвенный слой (а.с. 945434, СССР), в ряде случаев осуществляется даже биологическая рекультивация с лесопосадками (Чемезов В.В., Коврыжников В.Л. Землепользование и рекультивация нарушенных земель при разработке месторождений золота и алмазов. – Иркутск: ОАО, Иргиредмет, 2007. – С. 97-99).
Однако для выполнения работ по отсыпке потенциально плодородных земель и почв, как правило, необходимо использование автотранспорта с возможностью его разворота, поэтому ширина горизонтальных площадок должна быть не менее 10-12 м. При высоте террас до 8-12 м угол выполаживания бортов карьера составит не более 35º. Обеспечить такой угол без значительной засыпки выработанного пространства карьера или выполаживания его бортов за счет их разноса с нарушением прилегающих территорий практически очень сложно. Поэтому такой способ рекультивации на практике применяется очень редко.
Чаще всего для сокращения объемов работ по разносу бортов ширина горизонтальных площадок (берм) принимается в пределах 5-8 м, а высота уступов до 15-30 м. Нанесение на такие площадки потенциально плодородных пород и почвенно-растительного слоя не только очень сложно, но и нецелесообразно из-за постепенного перекрытия их осыпающимися с откосов породами.
Известен способ рекультивации бортов карьеров с нанесением на межуступные площадки, сформированные с обратным уклоном 9-11º шириной 4-5 м, и откосы уступов с углом наклона 18-20º, техногенной смеси с использованием рыхлых пород вскрыши (Технология рекультивации и обустройство нарушенных земель в Западной и Восточной Сибири/ И.В. Зеньков и др. – Красноярск: СФУ, 2015. – С. 160-163), который принят за прототип.
Общими признаками прототипа с заявленным техническим решение являются рекультивация карьера путем террасирования бортов с оформлением межуступных площадок с обратным уклоном в сторону массива горных пород и нанесение на них техногенной смеси.
Указанный способ трудноосуществим из-за сложности доставки техногенной смеси на межуступные площадки и необходимости выполаживания откосов уступов. Последнее требует больших затрат особенно в условиях разработки скальных или полускальных пород.
Заявленное техническое решение направлено на упрощение рекультивационных работ за счет исключения работ по выполаживанию откосов и уменьшения объемов земляных работ по нанесению техногенной смеси на межуступные площадки.
Технический результат заключается в исключении транспортных работ по доставке техногенной смеси за счет использования пород из осыпи с откосов уступов и в предотвращении последующего развала осыпающихся пород по поверхности созданного техногенного слоя.
Технический результат достигается тем, что в способе рекультивации нерабочих бортов карьеров, охарактеризованном в формуле изобретения и включающим террасирование бортов с оформлением межуступных площадок с обратным уклоном в сторону борта карьера и нанесение на них техногенной смеси, согласно изобретению техногенную смесь формируют из осыпи, образованной у подножия откосов уступов и укладывают ее на внешней стороне межуступных площадок, а вдоль внутренней стороны площадки создают траншею для сбора осыпающихся с откоса пород. Ширину насыпи техногенной смеси устанавливают, как частное от деления площади сечения осыпи на межуступной площадке на рациональную мощность насыпи 0,35-0,5 м. Формирование насыпей из техногенной смеси на межуступные площадки начинают с верхнего уступа нерабочего борта и завершают дном карьера. Недостаточное количество техногенной смеси на нижних уступах компенсируют перевалкой рыхлых отложений с верхнего уступа.
Отличия от прототипа доказывают новизну изобретения.
В предложенном техническом решении для создания техногенной смеси намечено использовать породы из осыпи, образованной у подножия откосов уступов. Полевые исследования и наблюдения за процессом самозарастания бортов карьеров строительного камня (Тальгамер Б.Л., Галайда К.П. Исследование условий самозарастания нарушенных земель при добыче строительного камня// Геология, поиски и разведка полезных ископаемых и методы геологических исследований. – Иркутск: ИРНИТУ, 2020. – С. 172-178) показали достаточно высокую интенсивность естественного восстановления на осыпях древесной растительности. Через 20-30 лет на осыпях за счет естественного осеменения образуется практически сплошной покров древесной растительности, в составе которой присутствуют лиственница, осина, ольха, береза, рябина. Таким образом состав пород в осыпях пригоден для естественного лесовосстановления. В процессе исследований была установлена необходимая мощность слоя обломочного материала, обеспечивающая нормальное восстановление древесной растительности, которая составила 0,35-0,5 м. Дальнейшее увеличение мощности слоя обломочного материала к существенному повышению плотности и интенсивности самозарастания не приводило.
Со временем, по мере увеличения мощности осыпи у подножия уступа с образованием уклона ее поверхности в сторону выработанного пространства, осыпающийся с откоса материал повреждает поросль деревьев и сдерживает процесс самозарастания. Поэтому с целью предотвращения расширения осыпи, у подножия откоса создаётся траншея, пройденная до поверхности межуступной площадки, которая используется для сбора осыпающихся с откоса пород. При больших осыпях глубина траншеи может быть принята меньше мощности осыпи. Ширина траншеи устанавливается, исходя из возможности формирования слоя техногенной смеси мощностью 0,35-0,50 м с внешней стороны межуступной площадки. С учетом обратного уклона межуступной площадки в сторону массива горных пород мощность слоя техногенной смеси несколько увеличивается по мере удаления от верхней кромки уступа (террасы). Обратный уклон межуступной площадки используется для сохранения влаги, накопленной во время осадков и может составлять от 3-4º (патент № 22232489 МПК А01В13/16) до 1:10 (Землепользование и рекультивация. Чемезов ВВ, с. 99).
Для отсыпки слоя техногенной смеси и создания траншеи наиболее целесообразно использовать небольшой экскаватор типа обратная лопата.
Известен способ создания на межуступных площадках экскаватором типа обратная лопата камнезащитных насыпей (патент № 2685587 МПК Е21С41/26, патент № 2064582 МПК Е21С41/26). Данные насыпи используются для улавливания падающей с верхних уступов взорванной горной массы, которую впоследствии грузят экскаватором в автосамосвалы. Данный способ приемлем на достаточно широких межуступных (камнезащитных) площадках и параметры насыпи устанавливаются исходя из условия обеспечения нормальной работы выемочно-транспортного оборудования, задействованного на вывозке пород. В предложенном техническом решении параметры насыпи обуславливаются условиями самозарастания межуступной площадки.
Предложенный способ рекультивации с террасированием бортов целесообразно осуществлять сверху вниз, что связано, во-первых, с бо́льшими по размерам осыпями на верхнем уступе из-за менее крепких и устойчивых пород и более длительным периодом стояния этого уступа, а, во-вторых, с возможностью перевалки части пород из осыпи и из массива на нижележащие межуступные площадки. На многих карьерах верхний уступ сложен четвертичными, рыхлыми отложениями, которые экскавируются без предварительной подготовки. Поэтому при недостаточном объеме осыпей на нижних уступах экскаватором можно обеспечить выемку и перевалку пород с верхнего уступа на нижележащий. При последующей рекультивации нижележащего уступа часть складированных сверху четвертичных рыхлых отложений может быть использована для создания техногенного слоя, а часть перевалена на расположенную еще ниже межуступную площадку и т.д.
Изобретение поясняется чертежом, где на фигуре представлен фрагмент террасированного борта карьера с осыпью на межуступной площадке и работой экскаватора по рекультивации нижележащей площадки.
1 – межуступная площадка;
2 – осыпь с откоса уступа;
3 – откос уступа;
4 – экскаватор типа обратная лопата;
5 – насыпь из техногенной смеси;
6 – траншея для сбора осыпающихся пород.
Способ, описанный в формуле изобретения, осуществляется следующим образом.
При завершении горных работ на одном из бортов карьера уступы формируются с учетом последующей его рекультивации террасированием. Для увеличения общего угла откоса борта рабочие уступы могут сдваиваться и страиваться. При этом межуступные площадки 1 создаются необходимой ширины с учетом последующей рекультивации с небольшим обратным уклоном α в сторону горного массива. При этом зачистка площадок от обломков пород не производится. Процесс формирования нерабочего борта карьера может продолжаться несколько лет. За этот период на межуступных площадках формируются осыпи пород 2 с откосов уступов 3, оставленных с устойчивым углом наклона β.
Рекультивация осуществляется начиная с верхнего уступа с использованием экскаватора типа обратная лопата 4 одним ходом вдоль межуступной площадки 2. Экскаватор из пород осыпи 2 формирует насыпь техногенной смеси 5 мощностью 0,35-0,50 м. У подножия откоса 3 создается траншея 6 для сбора осыпающихся с откоса пород. При значительных объемах осыпи мощность насыпи из техногенной смеси может увеличиваться, а глубина траншеи уменьшаться. При этом следует иметь в виду, что если на нижележащих межуступных площадках объем осыпей недостаточен для формирования насыпей из техногенной смеси, следует осуществлять перевалку излишек рыхлых отложений с верхних площадок на нижележащие.
После завершения рекультивационных работ на верхнем уступе экскаватор перемещается на нижележащую межуступную площадку и работы выполняются в том же порядке.