КОМПЛЕКС МЕХАНОГИДРАВЛИЧЕСКОЙ РЕКУЛЬТИВАЦИИ НАРУШЕННЫХ ЗЕМЕЛЬ
SET OF MECHANICAL AND HYDRAULIC RECULTIVATION OF DISTURBED LANDS

Изобретение относится к горной промышленности, может быть использовано при открытой разработке месторождений и в других отраслях, где необходимы большие объемы восстановления нарушенных земель.
Известен способ восстановления нарушенных земель при открытой разработке месторождений полезных ископаемых (RU 2444628, МПК Е21С 41/32, опубл. 10.03.2012), который включает раздельную выемку, перемещение и складирование в отдельные отвалы почвы, причем почвенные группы укладывают периодично до высоты отвала 2,5 м при выполаживании бортов отвала 25-35°. Нижняя часть группы толщиной 15-20 см - малоплодородная вскрышная порода, средняя часть группы толщиной 10-12 см укладывается естественным рыхлителем с размером фракций не более 10 мм, и верхняя часть группы заполняется органическим удобрением.
Недостатками способа являются использование погрузочной техники и автомобильного транспорта, низкая производительность.
Известен способ рекультивации неглубоких карьеров, расположенных в аллювиальных отложениях (RU 2433268, МПК Е21С 41/32, опубл. 10.11.2011), в том числе при добыче стройматериалов и разработке россыпей. Техническим результатом способа является ускорение процесса восстановления нарушенных земель за счет повышения устойчивости выположенных бортов карьера к эрозионным процессам, а также за счет создания в выработанном пространстве водоемов с благоприятными для восстановления их биологической продуктивности параметрами. Для этого выполаживание бортов карьера осуществляется снизу вверх путем их подсыпки с использованием более крепких пород, взятых со дна карьера. Подсыпка может осуществляться до разных вертикальных отметок на борту карьера в зависимости от горнотехнических условий залегания месторождения.
Недостаток способа - для посыпки бортов карьера требуется большое количество техники.
Известен способ формирования и подготовки внешних отвалов и карьерных выемок для биологической рекультивации (RU 2359127, МПК Е21С 41/32, опубл. 20.06.2009), который включает валовую или селективную отсыпку вскрышных пород, устройство экранирующих слоев, грубую и чистовую планировку поверхности отвалов, выполаживание или террасирование откосов, покрытие техногенной поверхности плодородным слоем, предпосевную обработку, противоэрозийную организацию территории. При этом формирование отвала на полную высоту производят одновременной отсыпкой на южной части карьера, начиная с западной и заканчивая восточной с 20-100-метровыми широкими безуклонными отбортованными террасами с ливневыми водосбросами, со стороны карьера, как его продолжение и в 3-6 раз уже, с уклоном к телу отвала, с противоположной стороны отвала. Причем нулевую террасу располагают на дневной поверхности борта карьера, на которую складируют снимаемый гумусовый слой почвы с расчетной территории отвала, с одновременным орошением укладываемой породы растворами глинистых, пирогенных конгломератов и других вскрышных пород в дренажных и сбросных водах обогатительных фабрик, при этом корнеобитаемый слой отвалов и террас формируют водным раствором снятого грунта, биологически активных вскрышных пород, биодинамических препаратов и других компонентов.
Недостатком способа является трудоемкость работ по возведению террас.
Известен способ рекультивации откосов при открытой разработке месторождений (RU 2088760, МПК Е21С 41/32, опубл. 27.08.1997), в котором на верхней площадке откоса вдоль его бровки формируют ряд блоков посредством дамб с последующим заполнением их гидросмесью потенциально плодородных пород, начиная от блока наиболее удаленного от магистрального трубопровода. Высота слоя гидросмеси в каждом блоке зависит от параметров блока, физико-механических свойств породы и гидросмеси, а также от параметров призмы возможного обрушения рекультивируемого откоса.
Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ гидравлической укладки пород в отвалы или нарушенные земли (Нурок Г.А. Процессы и технология гидромеханизации открытых горных работ. М.: Недра, 1979. - 549 с.), включающий выемку и подготовку песчаных и супесчаных пород с использованием экскаваторов, земснарядов или драг, транспортировку их в отвал, гидравлическую укладку с использованием эстакадного и без эстакадного способа намыва пород.
Недостатками способа являются сложность и трудозатратность системы намыва.
Целью предлагаемого способа является снижение трудоемкости работ по рекультивации нарушенных земель и экологического ущерба окружающей среде.
Поставленная цель достигается тем, что машины, механизмы и устройства комплекса механогидравлической рекультивации нарушенных земель объединены в единый технологический процесс с замкнутым циклом водоснабжения, выполнены самоходными и/или модульными, смонтированными на перемещаемых платформах и разнесены в пространстве и во времени; подготовку карт проводят самоходными машинами на дне открытой горной выработки путем отсыпки и уплотнения фильтрующих дамб, на которых монтируют водосбросы, закрытые от попадания плавающих предметов защитными решетками или перемычками; отстойник для воды делят фильтрующей дамбой с водосбросом, в теле которой оставляют каналы на различных уровнях, на большую карту отстойника, в которую направляют по сточным канавам на уступах открытой горной выработки ливневые, талые и дренажные воды, и малую карту отстойника - зумпф, куда размещают на плавающем понтоне шламовый насос для подачи воды на пульпоформирование или закрытый защитной решеткой всас шламового насоса, размещенного на уступе открытой горной выработки; подготовка сыпучей горной массы в едином технологическом процессе разбита на стадии: выемки, отделения негабаритов, их дробления и погрузки горной массы, которые проводят машинами и механизмами, при этом отделение негабаритов производят при выемке горной массы из отвалов ковшом погрузочной машины и на наклонной защитной решетке валковой дробилки, которая одновременно производит перепуск кусков горной массы по размерам, пригодным для гидротранспорта, на конвейер, дробление зубками валковой дробилки и перепуск кусков слабых горных пород на конвейер, отделение и перепуск кусков прочных горных пород зубками, установленными по спиральной линии, в щековую дробилку, где производят их дробление до размеров, пригодных для гидротранспорта, и перепуск их на конвейер для доставки на пульпоформирование в смеситель; пульпоформирование осуществляют путем смешивания подготовленной горной массы с водой в соотношении 1:3-1:5 в смесителе, где перемешивание горной массы проводят механическими или гидравлическими устройствами; напорный гидротранспорт пульпы производят углесосом или шламовым насосом по пульповоду, имеющим распределенные по картам пульпосбросы с запорной арматурой и устройства поворота струи потока на 90 градусов, которые монтируют на уступах открытой горной выработки и/или дамбах карт, при этом пульпосбросы и водосбросы располагают в диаметрально противоположных углах карт; намыв пород в картах производят последовательно от верхних к нижним картам и отстойнику, при этом воду фильтруют через тело дамбы, а ее излишек очищают каскадным переливом через водосбросы в соседние карты, а также большую и малую карты отстойника, при этом размеры малой карты регламентируют размерами плавающего понтона или объемом зумпфа, равным 3-5-кратной часовой производительности шламового насоса подачи воды на пульпоформирование; выполаживание бортов открытой горной выработки производят после заполнения всех карт механизированным и/или гидравлическим способом с учетом защиты их от водной эрозии и направления рекультивации нарушенных земель, при этом определяют показатель восстановления гидрологического режима подземных вод.
При неудовлетворении показателем восстановления гидрологического режима подземных вод условию полного поглощения ливневых, талых, сточных и дренажных вод впадину рекультивированной поверхности оснащают водосбросом излишков воды во внешние водоемы.
Сущность предлагаемого механогидравлический комплекса поясняется чертежом, где на фиг. 1 показана технологическая схема механогидравлической рекультивации открытой горной выработки. На чертеже приняты следующие условные обозначения: 1 - открытая горная выработка; 2 - фильтрующая дамба; 3 - водосброс; 4 - защитная решетка или перемычка с доступом воды снизу; 5 - отстойник для воды; 6 - большая карта отстойника; 7 - уступ открытой горной выемки; 8 - малая карта отстойника; 9 - понтон; 10 - шламовый насос; 11 - трубопровод; 12 - наклонная защитная решетка; 13 - валковая дробилка; 14 - скребковый конвейер; 15 - щековая дробилка; 16 - смеситель; 17 - углесос или шламовый насос; 18 - пульповод; 19 - распределенный пульпосброс; 20 - устройство поворота потока струи; 21 - отвал; 22 - погрузочная машина.
Комплекс механогидравлической рекультивации нарушенных земель обеспечивает подготовку карт для приема пульпы, отстойника для приема воды, подготовку горной массы из внешних и/или внутренних отвалов, пульпоформирование, транспортировку пульпы в карты, намывку пород в картах, очистку воды, подачу воды на пульпоформирование и выполаживание бортов открытой горной выемки. Комплекс включает самоходные машины и модульные механизмы и устройства, объединенные в единый технологический процесс с замкнутым циклом водоснабжения и смонтированные на перемещаемых платформах, а также секционные трубопроводы с быстроразъемными соединениями для удобства монтажа и демонтажа оборудования, разнесенные в пространстве и во времени.
Подготовку карт проводят самоходными машинами на дне открытой горной выработки 1 путем отсыпки и уплотнения фильтрующих дамб 2 с монтажом на них водосбросов 3, закрытых от попадания плавающих предметов защитными решетками 4 или перемычками с доступом воды снизу. При этом отстойник для воды делят фильтрующей дамбой с водосбросом, в теле которой оставляют каналы на различных уровнях для перетока воды, на большую карту 6 отстойника, в которую направляют по сточным канавам на уступах 7 открытой горной выработки ливневые, талые и дренажные воды, и малую карту отстойника - зумпф 8, куда размещают на плавающем понтоне 9 шламовый насос 10 для подачи воды на пульпоформирование в смеситель 16 по трубопроводу 11 или закрытый защитной решеткой всас шламового насоса 10, размещенного на уступе 7 открытой горной выработки; подготовка сыпучей горной массы в едином технологическом процессе разбита на стадии: выемки, отделения негабаритов, их дробления и погрузки горной массы, которые проводят машинами и механизмами. Отделение негабаритов производят при выемке горной массы из отвалов ковшом погрузочной машины и на наклонной защитной решетке 12 валковой дробилки 13, которая одновременно производит перепуск кусков горной массы по размерам, пригодным для гидротранспорта, на конвейер 14, дробление зубками валковой дробилки и перепуск кусков слабых горных пород на конвейер 14, отделение и перепуск кусков прочных горных пород зубками, установленными по спиральной линии, в щековую дробилку 15, где производят их дробление до размеров, пригодных для гидротранспорта, и перепуск их на конвейер 14 для доставки на пульпоформирование в смеситель 16, снабженный механическими или гидравлическими устройствами перемешивания. Пульпоформирование осуществляют путем смешивания подготовленной горной массы с водой в соотношении 1:3-1:5 в смесителе 16, установленном под углом 5-6 градусов, направленном в сторону углесоса или шламового насоса 17, где перемешивание горной массы проводят механически или гидравлически. Напорный гидротранспорт пульпы производят углесосом или шламовым насосом 17 по пульповоду 18, имеющим распределенные по картам пульпосбросы 19 с запорной арматурой и устройства поворота струи потока 20 на 90 градусов, которые монтируют на уступах открытой горной выработки 7 и/или дамбах карт 2, при этом пульпосбросы и водосбросы располагают в диаметрально противоположных углах карт. Намыв пород в картах производят последовательно от дальней к ближней карте отстойника, при этом воду фильтруют через тело дамбы 2, а ее излишек очищают каскадным переливом через водосбросы 3 в соседние карты, большую и малую карты 8 отстойника 5, при этом размеры малой карты 8 регламентируют размерами плавающего понтона или объемом зумпфа, равным 3-5-кратной часовой производительности шламового насоса подачи воды на пульпоформирование. Выполаживание бортов открытой горной выработки 1 производят после заполнения всех карт механизированным и/или гидравлическим способом с учетом защиты их от водной эрозии и направления рекультивации нарушенных земель, при этом определяют показатель восстановления гидрологического режима подземных вод. Если он не удовлетворяет условию полного поглощения ливневых, талых, сточных и дренажных вод, то впадину рекультивированной поверхности оснащают водосбросом излишков воды во внешние водоемы.
Предлагаемый комплекс механогидравлической рекультивации нарушенных земель позволяет снизить экологический ущерб при открытой технологии добычи полезных ископаемых, совместить рекультивацию с горными работами и сократить сроки рекультивации.