Рациональное использование и охрана природных ресурсов при открытых горных работах

Москва  2019

МИНИС ТЕРС ТВО НАУКИ И ВЫСШ ЕГО О Б РА З О ВА Н И Я РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ 
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ 
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»

ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

Кафедра геотехнологии освоения недр

В.С. Коваленко
А.В. Николаев
В.В. Таланин

РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ  
И ОХРАНА ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ 
ПРИ ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ  
РАБОТАХ

Практикум

Рекомендовано редакционно-издательским 
советом университета

№ 3291

УДК  622:504 
К56

Рецензент
д-р техн. наук, проф. И.В. Деревяшкин (Московский ПОЛИТЕХ)

Коваленко В.С.
К56  
Рациональное использование и охрана природных ресурсов 
при открытых горных работах : практикум / В.С. Коваленко, 
А.В. Николаев, В.В. Таланин. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 
2019. – 100 с.
ISBN 978-5-906953-88-9 

Практикум включает в себя методические указания, расчетные методики, 
задания для практических и самостоятельных работ, предусмотренных учебной программой специальной дисциплины «Рациональное использование и 
охрана природных ресурсов».
Целью данного практикума является закрепление теоретического курса 
и преобретение студентами навыков решения задач в области рационального 
землепользования, охраны атмосферы, водных ресурсов и недр. Приведены 
современные методики расчетов, широко применяемые в проектной и производственной практике, которые могут быть использованы при курсовом и 
дипломном проектировании при эколого-экономическом обосновании принимаемых решений.
Практикум предназначен для студентов специальности 21.05.04 «Горное 
дело».

УДК 622:504


В.С. Коваленко,  
А.В. Николаев,  
В.В. Таланин, 2019
ISBN 978-5-906953-88-9 

НИТУ «МИСиС», 2019

Содержание

Раздел I. ОХРАНА ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ......................................5
Практическая работа 1. Расчет площади горного и земельного 
отводов ...................................................................................................5
Практическая работа 2. Расчет объема работ по снятию 
плодородного слоя почвы и количества необходимого 
оборудования .......................................................................................15
Практическая работа 3. Определение объема горно- 
планировочных работ при рекультивации нарушенных земель ..........22
Практическая работа 4. Выбор структуры и мощности 
рекультивационного слоя ...................................................................26
Раздел II. ОХРАНА АТМОСФЕРЫ .......................................................28
Практическая работа 5. Расчет выбросов вредных веществ  
при производстве буровзрывных и погрузочно-разгрузочных  
работ, складировании и отвалообразовании .....................................28
Практическая работа 6. Расчет выбросов вредных веществ  
при работе карьерного транспорта ....................................................40
Раздел III. ОХРАНА ВОДНЫХ РЕСУРСОВ ........................................49
Практическая работа 7. Расчет притока подземных вод  
в карьер по водному балансу  ............................................................49
Практическая работа 8. Разбавление сточных вод и определение 
допустимых концентраций загрязнений в очищенных сточных 
водах .....................................................................................................52
Практическая работа 9. Защита карьера от воды 
поверхностного стока ............................................................................ 58
Раздел IV. ОХРАНА НЕДР .....................................................................61
Практическая работа 10. Нормирование потерь  
и разубоживания  ................................................................................61
Практическая работа 11. Расчет показателей качества  
и полноты извлечения полезных ископаемых из недр ....................70
РАБОТЫ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ ............74
Самостоятельная работа 1. Оценка качества рекультивируемых 
земель ...................................................................................................74
Самостоятельная работа 2 . Определение мощности снимаемого 
слоя почвы и оценка плодородия почв на рекультивируемых 
площадях  .............................................................................................79

Самостоятельная работа 3. Определение гидравлической  
крупности полидисперсных систем сточных вод 
экспериментальным и расчетным методами ....................................83
Самостоятельная работа 4. Определение параметров 
отстойников для очистки сточных вод ..............................................87
Самостоятельная работа 5. Зависимость показателей качества 
добытого полезного ископаемого от параметров  
технологических схем производства добычных работ....................95
Библиографический список .................................................................. 98

Раздел I. ОХРАНА ЗЕМЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

Практическая работа 1

РАСЧЕТ ПЛОЩАДИ ГОРНОГО 
И ЗЕМЕЛЬНОГО ОТВОДОВ

Для ведения открытых горных работ отчуждаются земли под горный и земельный отводы. Эти земли изымаются из сельскохозяйственного и других видов использования. 
Горным отводом является геометризованный блок недр, предоставляемый пользователю недр для разработки месторождений полезного ископаемого или его отдельного участка.
Пользователь недр, получивший горный отвод, согласно Закону 
РФ от 21.02.1992 № 2395-1 «О недрах» имеет исключительное право 
осуществлять в его границах пользование недрами в соответствии 
с предоставленной лицензией. 

Рис. 1.1. Схемы для определения площади горного отвода карьера 
на уровне дневной поверхности с различными условиями залегания 
залежи: а – горизонтальное и пологое; б – наклонное; в – крутое 
залегание 

В пользование недра предоставляются для геологического изучения на срок до 5 лет; для добычи полезных ископаемых – на срок отработки месторождения полезных ископаемых, исчисляемый исходя 
из технико-экономического обоснования разработки месторождения 
полезных ископаемых, обеспечивающего рациональное использование и охрану недр. Основанием для получения лицензии на пользование недрами является наличие запасов, прошедших государственную 
экспертизу в комиссии по запасам (ГКЗ). 

Границы горного отвода определяются контурами, утвержденными комиссией по запасам полезных ископаемых в объемах, разрешенных для проектирования с учетом разноса бортов карьера. Горный 
отвод в соответствии с лицензией может быть оформлен на все месторождение в целом или по частям. 
Одним из основных параметров горного отвода является его площадь, га, на уровне дневной поверхности (рис. 1.1), которая определяется по следующим формулам:
– для месторождений с горизонтальным и пологим залеганием залежи (до 8...10°, рис. 1.1, а):

 
(
) (
)
4
г.о
п
п
з
к
н
з
к
н
2
сtg
 
2
сtg
10
;
γ
γ
S
L B
L
Н
B
H
=
=
+
+
×
 
(1.1) 

– для месторождений с наклонным залеганием (от 8...10 до 
25...30°, рис. 1.1, б):

 
(
) (
)
4
г.о
п
п
з
к
н
д
к
н
 
2
сtg
 
+
(сtg
сtg
) 10
;
γ
α
γ
S
L В
L
Н
В
Н
=
=
+
+
×
  (1.2)

– для месторождений с крутым залеганием залежи (более 25...30°, 
рис. 1.1, в):

 
(
) (
)
4
г.о
п
п
з
к
н
д
к
н
 
2
сtg
 
2
сtg
10
,
γ
γ
S
L
В
L
Н
В
Н
=
=
+
+
×
 
(1.3)

где Lп, Вп – соответственно длина и ширина горного отвода на уровне 
дневной поверхности, м;
Lз, Вз – длина и ширина залежи (на уровне дна карьера) в границах 
горного отвода, м;
Нк – проектная глубина карьера, м;
γн – угол наклона нерабочего борта карьера, град. Определяется по 
табл. 1.1 [1]; 
α – угол падения залежи, град; 
Вд – ширина дна карьера в проектных границах, м.
Земельным отводом называется участок земной поверхности, занимаемый всеми объектами горного предприятия с транспортными, 
энергетическими и другими коммуникациями, а также с санитарнозащитными зонами, обеспечивающими экологические требования к 
хозяйственной деятельности предприятия (рис. 1.2).

Таблица 1.1 
Данные для определения угла наклона нерабочего борта карьера

Породы

Коэффициент 
крепости пород 
по шкале проф. 
М.М. Протодьяконова

Угол наклона нерабочего борта (градусы)  
при глубине карьера, м

≤ 90
≤180
≤240
≤300
>300

В высшей степени крепкие и очень крепкие
15–20
60…68 57…65 53…60 48…54 43…49

Крепкие и довольно 
крепкие
8–14
50…60 48…57 45…53 42…48 37…43

Средней крепости
3–7
45…50 41…48 39…45 36…43 32…37
Довольно мягкие и 
мягкие
1–2
30…43 28…41 26…39 26…39
–

Мягкие и землистые
0,6 – 0,8
21…30 20…28
–
–
–

Рис. 1.2. Схема расположения основных объектов горнообогатительного предприятия в границах земельного отвода: 1 – 
горный отвод; 2 – котлован карьера; 3 – склад почвенно-растительного 
слоя; 4 – отвал вскрышных пород; 5 – отвал некондиционных 
(бедных) руд; 6 – обогатительная фабрика; 7 – хвостохранилище; 
8 – промплощадка; 9 – дороги; 10 – санитарные зоны; 11 – резервная 
площадка; 12 – граница земельного отвода

Если горный отвод определяется местом залегания полезного ископаемого, то площади отдельных элементов земельного отвода могут выделяться в различных местах, не обязательно прилегающих 

к контуру горного отвода, а на наиболее целесообразных участках 
земной поверхности по условиям охраны природы (балки, малопродуктивные земли и т.п.) и технико-экономическим соображениям (например, минимальное расстояние транспортирования горной массы).
Площадь земельного отвода превышает площадь горного отвода и 
может составлять тысячи гектаров и зависит от типа залежи, проектных границ карьера, способа вскрытия рабочих горизонтов, технологии и механизации ведения горных работ и других факторов.
Так, для горизонтальных и пологих месторождений земельный отвод карьера в основном включает площади, отчуждаемые карьерными выемками в проектных границах карьера, в том числе капитальными траншеями, внешними отвалами горно-строительной вскрыши, 
складами почвенно-растительного слоя, снимаемых с нарушаемых земель, а также объектами поверхностного технологического комплекса карьера и транспортными коммуникациями. 
Площадь земельного отвода, га, на момент окончания строительства карьера (без учета площади поверхностного комплекса карьера и 
санитарной зоны) определяется по формуле

 
з.о.стр
к.т
р.т
в.о
с
и.з.о
(
)/
S
S
S
S
S
=
+
+
+
Ê
, 
(1.4)

где Sк.т – площадь капитальной траншеи;
Sр.т – площадь разрезной траншеи или карьера на уровне дневной 
поверхности;
Sв.о – площадь внешнего отвала горно-строительной вскрыши;
Sс – площадь склада почвенно-растительного слоя;
Ки.з.о – коэффициент использования земельного отвода, 0,8–0,9.
Площадь капитальной траншеи, га, определяется из выражения

 
(
) (
)
4
к.т
т
т
т
т
сtg
 
/
10
α
S
В
Н
Н
i
=
+
×
, 
(1.5)

где Вт – ширина дна траншеи, 20…40 м; 
Нт – глубина траншеи, м; 
αт – средний угол откосов бортов траншеи, 30...50°; 
i – продольный уклон траншеи, доли ед. (д.е.).
Площадь поперечного сечения карьера, га, на момент окончания 
его строительства определяется из выражения

 
4
р.т
р
к
н
р
р
(сtg
сtg
)  
10
γ
γ
S
В
Н
L
é
ù
=
+
+
×
ê
ú
ë
û
, 
(1.6)

где Вр – ширина дна карьера (разрезной траншеи), 30…80 м; 
Нк – глубина карьера на момент окончания строительства, м; 
γр, γн – угол откоса соответственно рабочего и нерабочего бортов 
карьера (или разрезной траншеи), град. Угол рабочего борта изменяется от 15 до 22 град, нерабочего (см. табл. 1.1); 
Lр – длина карьера или разрезной траншеи, м, которая определяется в зависимости от размеров залежи и системы применяемой разработки: 
– при сплошной поперечной системе Lр = Вз + 2 Нк сtg γн; 
– при сплошной продольной системе Lр = Lз + 2 Нк сtg γн.
Внешний отвал формируется из пород горно-строительной вскрыши от проведения капитальной траншеи и пионерной карьерной выемки. Поэтому площадь земельных участков, выделяемых под внешние отвалы, зависит от объема горно-строительной вскрыши (Vг.стр) и 
высоты отвала (Но). Площадь внешнего отвала, га, определяется по 
формуле 

 

4
в.о
г.стр
р
от
о
10
 
 
 /(
 
)
S
V
Н
=
Ê
Ê
, 
(1.7)

где Vг.стр – объем горно-строительной вскрыши, который равен сумме 
объемов капитальной и разрезной траншей, м3 (табл. 1.2);
Кр – коэффициент разрыхления вскрышных пород в отвале, 1,2–
1,3; 
Кот – коэффициент, учитывающий откосную часть отвала, 0,8–0,9;
Но – средняя высота внешних отвалов горно-строительной вскрыши, м.

Таблица 1.2 
Определение объемов горно-строительной вскрыши

Вид траншеи
Определяемый объем
Формула

Внешние 
 капитальные

Одиночная траншея с вертикальным торцом
Vк.т = Hт2 / i (Вт / 2 + Нт / 3tgαт)

То же с учетом откоса торцевой части (учитывается при 
автомобильном и конвейерном 
транспорте)

Vк.т = Hт2 / i (Вт / 2 + Нт / tgαт) +
+ Hт2 / tgαт (Вт / 2 + hу / (2tgαт)

Горизонтальные 
разрезные
По вскрытию рабочих горизонтов
Vр.т = (Вт + Нк сtgγн)Нк Lр

Площадь земельного участка, га, отводимая под склады почвы, 
определяется аналогично площади внешних отвалов:

 
4
в.о
п
р
от
с
10
 
 
 /(
 
)
S
V
Н
=
Ê
Ê
, 
(1.8)

где Нс – высота склада почвы, рекомендуется принимать не более 
5…10 м.
Снятый плодородный слой почвы, м3, в период строительства карьера обычно складируется во временные почвенные штабеля (склад) 
для последующего использования при рекультивации нарушенных 
земель или для землевания малопродуктивных земель. Его объем 
определяется по формуле

 
4
п
п
к.т
р.т
в.о
р
(1
)(
)
'
10
δ
V
h
S
S
S
=
+
+
×
Ê
, 
(1.9)

где hп – мощность снимаемого слоя почвы, 0,2…1,2 м; 
δ – коэффициент, учитывающий потери при снятии почвы, 0,05–
0,1;
К′р – коэффициент разрыхления почвы в складе, 1,05–1,1.
Площадь земельного отвода, га, на момент окончания эксплуатации карьера (без учета санитарной зоны) определяется по формуле

 
з.о.эк
пр
к.т
г.о
в.о
с
и.з
(
+
+
)/
S
S
S
S
S
=
+
Ê
Ê
, 
(1.10)

где Кпр – коэффициент, учитывающий площади отчуждаемых земель 
поверхностным технологическим комплексом и прочими объектами, 
принимается: 1,1–1,2 – для угольных разрезов; 1,2–1,25 – для железорудных карьеров; 1,25–1,35 – для карьеров руд цветных металлов.
Значительная часть площади земельного отвода безвозвратно 
утрачивается для дальнейшего сельскохозяйственного или лесохозяйственного использования (остаточные карьерные выемки, высокие внешние отвалы и др.). Под сельхозугодия восстанавливается, как 
правило, горизонтальная поверхность внутренних отвалов (т.е. плато 
отвала). 
Площадь поверхности внутреннего отвала, га, рекультивируемой 
под сельхозугодия, определяется по формулам:
– при сплошной продольной системе разработки

 
р.в
сх
к
н
о
н
о
в

4
з
к
н
к
к
н
о
о

(
2
сtg
(сtg
сtg
)
2
)
 

(
2
сtg
сtg
сtg
) 10
;

γ
γ
β

γ
γ
β

з
S
L
Н
Н
В

В
Н
В
Н
Н

=
+
+
´

´
+
×

 
(1.11)

– при сплошной поперечной системе разработки:

 

р.в
сх
з
к
н
о
н
о
в

4
з
к
н
к
к
н
о
о

(
2
сtg
(сtg
сtg
)
2
)
 

(
2
сtg
сtg
сtg
) 10
.

γ
γ
β

γ
γ
β

S
В
Н
Н
В

L
Н
В
Н
Н

=
+
+
´

´
+
×
 
(1.12)

где βо – устойчивый угол откоса отвала, принимается равным углу 
естественного откоса отвала, 30…34°;
Вк – ширина дна остаточной карьерной выемки, 25…40 м;
Вв – ширина дна выездной траншеи, расположенной между внутренним отвалом и нерабочим бортом карьера, 20…40 м;
Но – высота внутреннего отвала, м, которая определяется по формуле

 
о
к
ро
(
)
'
,
Н
Н
m
=
Ê
 
(1.13)

здесь m – мощность залежи, м;
Кʹро – остаточный коэффициент разрыхления пород в отвале, 1,05–
1,15. 
Внешний отвал обычно рекультивируют под лесохозяйственное 
направление. Общая площадь рекультивируемой поверхности внешнего отвала включает выположенные поверхности откосов и горизонтальные поверхности отвала (плато) (рис. 1.3).

 

Рис. 1.3. Схема отвала

Площадь горизонтальной поверхности отвала (плато), га, определяется по формуле

 

р.о
лс
4
 
10
,
S
a b
=
×
 
(1.14)

где а и b – соответственно длина и ширина плато отвала, м, здесь

 
о
о
о
2
 сtg ' ,
β
a
L
Н
=
 
(1.15)

 

4
в.о
о
о
о
10  
/
2
 сtg ' ,
β
b
S
L
Н
=
 
(1.16)

здесь β'о – устойчивый (выположенный или террасированный) угол 
откоса внешнего отвала, принимается 18…22°;
Hо – ширина основания отвала, м;
Lо – длина основания отвала, м.
При квадратной форме основания отвала:

 
в.о
о
о
100
2
 сtg ' .
β
a
b
S
Н
=
=
 
(1.17)

Суммарная площадь рекультивируемой поверхности, га, определяется по формуле

 
р.в
р.о
р
сх
лс
вх
р
,
S
S
S
S
=
+
+
 
(1.18)

где Sв-хр – площадь остаточной выемки, га, карьера на уровне дневной 
поверхности (рис. 1.4), рекультивируемой под водохозяйственное направление, определяется по формуле

 
р
р.в
вх
сх
г.о
.
S
S
S
=
 
(1.19)

Рис. 1.4. Рекультивируемые площади:  
а – внутренний отвал; б – остаточная выемка