Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Ресурсосберегающие технологии горнотехнической рекультивации земель на угольных разрезах Красноярского края

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 617507.01.99
Выявлены особенности пространственного изменения мощности пластовых залежей плодородного слоя почвы и потенциально-плодородных пород на территории разрабатываемых месторождений Канско-Ачинского угольного бассейна. Раскрыт и обоснован характер изменения качественных показателей почвенного слоя, формируемого в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации с комплексом вскрышных работ. На основе прогнозирования качественных показателей и продуктивности формируемого почвенного слоя разработан новый системный подход к обоснованию структур комплексной механизации работ по горнотехнической рекультивации земель при их совмещении с производством вскрышных работ. Представлены эколого-экономические оценки технологических решений по проведению горнотехнического этапа рекультивации земель применительно к угольным разрезам «Бородинский» и «Переясловский».
Кирюшина, Е. В. Ресурсосберегающие технологии горнотехнической рекультивации земель на угольных разрезах Красноярского края / Е. В. Кирюшина, И. В. Зеньков, В. В. Коростовенко. - Красноярск : Сибирский федеральный университет, 2012. - 269 с. - ISBN 978-5-7638-2521-3. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/441108 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Министерство образования и науки Российской Федерации

Сибирский федеральный университет

Е.В. Кирюшина, И.В. Зеньков, В.В. Коростовенков

Ресурсосберегающие технологии 

горнотехнической рекультивации земель 
на угольных разрезах Красноярского края

Монография

Красноярск

СФУ
2012

УДК 631.5:622.882
ББК 40.658 + 33.31
 
К438

Рецензенты: зам. директора по научной работе Института водных и экологических проблем СО РАН (г. Барнаул) проф., д-р биол. наук А.В. Пузанов; 
ректор Кемеровского государственного сельскохозяйственного института 
(г. Кемерово) проф., д-р техн. наук В.И. Мяленко; зав. кафедрой разработки 
месторождений полезных ископаемых Национального исследовательского Иркутского государственного технического университета (г. Иркутск) 
проф., д-р техн. наук В.П. Федорко

Кирюшина Е.В.

К438  
Ресурсосберегающие технологии горнотехнической ре
культивации земель на угольных разрезах Красноярского 
края / Е.В. Кирюшина, И.В. Зеньков, В.В. Коростовенко. – 
Красноярск: Сибирский федеральный университет, 2012. – 
269 с.

ISBN 978-5-7638-2521-3

Выявлены особенности пространственного изменения мощности пластовых за
лежей плодородного слоя почвы и потенциально-плодородных пород на территории 
разрабатываемых месторождений Канско-Ачинского угольного бассейна. Раскрыт и 
обоснован характер изменения качественных показателей почвенного слоя, формируемого в условиях совмещения работ по горнотехнической рекультивации с комплексом вскрышных работ. На основе прогнозирования качественных показателей и 
продуктивности формируемого почвенного слоя разработан новый системный подход к обоснованию структур комплексной механизации работ по горнотехнической 
рекультивации земель при их совмещении с производством вскрышных работ. Представлены эколого-экономические оценки технологических решений по проведению 
горнотехнического этапа рекультивации земель применительно к угольным разрезам «Бородинский» и «Переясловский».

УДК 631.5:622.882
ББК 40.658 + 33.31

ISBN 978-5-7638-2521-3 
© Сибирский федеральный университет, 2012

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................6

ГЛАВА 1. Современное состояние и обзор изученности проблем в горнотехнической рекультивации земель ...............................8

1.1. Динамика роста объемов угледобычи, выработки электроэнергии и связанное с этим изъятие земель сельскохозяйственного назначения ................................................................................................8
1.2. Технологические аспекты разработки горизонтальных и пологих месторождений энергетических углей открытым способом ....10
1.3. Геологическое строение карьерных полей угольных разрезов «Бородинский», «Переясловский», «Канский» ...............................17
1.4. Качественные характеристики почв в юго-вос точ ных районах Красноярского края .............................................................................22
1.5. Анализ проектных решений по формированию технологий 
рекультивации земель ................................................................................25
1.6. Анализ производственного опыта в рекультивации земель 
на угольных разрезах Красноярского края .............................................29
1.7. Анализ научных работ в области рекультивации земель при 
разработке угольных месторождений открытым способом .................33

ГЛАВА 2. Анализ производственного опыта в горнотехнической рекультивации земель в открытой угледобыче ....................... 42

2.1. Технологические решения в проведении горнотехнического 
этапа рекультивации земель .....................................................................42
2.2. Механизм возникновения засорения плодородного слоя почвы на горнотехническом этапе рекультивации ....................................48
2.3. Структура засорения почвенного слоя по основным процессам горнотехнической рекультивации ....................................................60
2.4. Потери почвенного слоя, возникающие в ходе выполнения 
основных процессов горнотехнической рекультивации .......................62

ГЛАВА 3. Результаты исследований поверхностей рекультивированных породных отвалов ........................................................... 69

3.1. Общая характеристика внешних и внутренних отвалов  на 
угольном разрезе «Бородинский» ............................................................69
3.2. Результаты комплексного исследования внешнего отвала 
«Южный» ....................................................................................................73
3.3. Результаты комплексных исследований поверхности внешнего отвала «Западный» ............................................................................78
3.4. Результаты комплексного исследования поверхности внешнего отвала «Северный» ............................................................................81

3.5. Результаты исследований поверхности внутреннего отвала, 
созданного с 1950 по 2009 гг. ....................................................................85
3.6. Результаты исследования продуктивности земель агроландшафтов в естественно-природном состоянии и восстановленных 
угольным разрезом «Бородинский» ........................................................90
3.7. Результаты полевых работ по исследованию геоэкологических показателей локальных ландшафтов, созданных на породных отвалах ...............................................................................................100
3.8. Комплексный анализ результатов исследований поверхностей отвалов, рекультивированных для сельскохозяйственного 
использования ...........................................................................................106

ГЛАВА 4. Научно-методологические основы прогнозирования изменения качественных показателей формирумого почвенного слоя в условиях совмещения рекультивационных и 
вскрышных работ ............................................................................... 110

4.1. Горно-геологическая характеристика пер спек тив ных полигонов снятия почвенных слоев на месторождениях КанскоАчинского угольного бассейна ............................................................... 110
4.2. Методика подсчета запасов, прогнозирования и исследования изменения качественных показателей почвенного слоя, формируемого для рекультивации породных отвалов ..............................121
4.3. Результаты исследования изменения качественных показателей формируемого почвенного слоя в условиях совмещения 
вскрышных и рекультивационных работ ..............................................132
4.4. Результаты исследования изменения качественных показателей формируемого почвенного слоя при отработке сложноструктурных пластовых залежей почвенных слоев ............................ 141

ГЛАВА 5. Исследование уровней потерь плодородного слоя 
почвы в горнотехнической рекультивации при разработке горизонтальных и пологих угольных месторождений............................. 148

5.1. Методические основы определения потерь ПСП в горнотехнической рекультивации и сокращения площадей восстанавливаемых агроландшафтов .........................................................................148
5.2. Потери ПСП, обусловленные горно-гео ло ги чес ки ми характеристиками разработки горизонталь ных и пологих угольных 
месторождений .........................................................................................153
5.3. Исследование технологических потерь плодородного слоя 
почвы ..........................................................................................................158
5.4. Исследование уровней потерь ПСП в условиях применяющихся технологий горнотехнической рекультивации нарушенных земель .................................................................................................163

5.5. Исследование уровней потерь ПСП, обусловленных применением гидравлических экскаваторов в технологиях горнотехнической рекультивации ......................................................................... 179

ГЛАВА 6. Исследование качественных показателей формируемого почвенного слоя при совмещении горнотехнической 
рекультивации земель с производством вскрышных работ ......... 182

6.1. Исследование изменения качественных показателей почвенного слоя при его концентрации в контурах экскаваторных 
заходок .......................................................................................................182
6.2. Исследование влияния применения систем управления качеством на изменение качественных показателей формируемого 
почвенного слоя при его концентрации в контурах экскаваторных заходок ...............................................................................................197
6.3. Исследование влияния выемки суглинков из нижней части 
экскаваторного забоя на качественные показатели формируемого почвенного слоя ...................................................................................201
6.4. Обоснование порядка снятия и мест размещения временных складов почвенного слоя при раскройке карьерных полей 
на выемочные блоки .................................................................................206

ГЛАВА 7. Разработка и эколого-экономическая оценка рекомендаций по проведению горнотехнической рекультивации породных отвалов.................................................................................... 219

7.1. Обоснование технологии горнотехнической ре куль ти вации, 
комплексно обеспечивающей эко лого-экономическую эффективность обустраива е мых культурных ландшафтов .......................... 219
7.2. Разработка рекомендаций по проектированию технологий 
горнотехнической рекультивации земель для разрезов КанскоАчинского угольного бассейна ...............................................................228
7.3. Обоснование технологий горнотехнической рекультивации земель для угольных разрезов «Бородинский» и «Переясловский» ................................................................................................239

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................... 250

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ................................................................... 253

ПРИЛОЖЕНИЕ ................................................................................... 262

ВВЕДЕНИЕ

В бывшем СССР производственное объединение по добыче 

угля «Красноярскуголь» довольно успешно и эффективно занималось рекультивацией нарушенных земель на разрезах «Бородинский», «Назаровский», «Березовский» и др. Рекультивированные 
земли на породных отвалах позиционировали как высокопродуктивные сельскохозяйственные угодья – пашню, – которые впоследствии так и оказались повсеместно невостребованными предприятиями АПК. Это объясняется многими причинами, такими 
как низкие комплексные показатели земель, их низкая продуктивность, а также произошедшие деформации поверхностей отвалов 
в виде волнистого микрорельефа, не способствующие эффективному проходу сельхозтехники.

Несмотря на это, согласно действующему законодательству, 

предприятия ОАО «СУЭК-Красноярск» и «Красноярсккрайуголь» 
продолжают заниматься рекультивацией земель, основанной на снятии почв и их нанесении на породные отвалы. Исторически возник 
парадокс, заключающийся в весьма низкой эффективности использования финансовых средств угольных предприятий в области сельскохозяйственной рекультивации, отдача от использования которой 
практически равна нулю. Естественным образом возник вопрос, 
можно ли проводить рекультивацию породных отвалов, земли которых будут обладать высокой продуктивностью, и при этом снизить 
затраты на обустройство культурных ландшафтов, сущность которого была конкретизирована в техническом задании (2010 г.) на проведение научно-исследовательской работы «Разработать эффективные 
и экономически обоснованные технологии рекультивации земель 
при добыче угля на предприятиях ОАО «СУЭК-Красноярск».

Поставленная цель работы – обоснование технологий горнотех
нической рекультивации земель, в которых комплексно обеспечиваются высокие экологические показатели культурных ландшафтов 
на породных отвалах угольных разрезов и снижение затрат на их 
обустройство – была достигнута авторским коллективом за счет использования системного подхода к созданию уникальной техноло
Введение

гии производства работ на горнотехническом этапе рекультивации 
при его совмещении с производством вскрышных работ, не имеющей аналогов в мировой практике недропользования.

Результаты наших исследований получены в ходе решения сле
дующих научно-практических задач: провести полевые работы по 
определению качественных показателей земель и их продуктивности на созданных культурных ландшафтах; выявить природные закономерности пространственного расположения почвенных слоев на 
территории горных отводов угольных разрезов; сделать прогнозные 
оценки изменения качественных характеристик почвенного слоя, 
формируемого в ходе горнотехнической рекультивации для его нанесения на породные отвалы; обосновать технологии горнотехнической рекультивации, обеспечивающие эколого-экономическую 
эффективность, с позиции их совмещения с комплексом вскрышных 
работ; разработать технологии горнотехнической рекультивации 
земель, адаптированные к угольным разрезам Канско-Ачинского 
бассейна, и провести экономическое обоснование для условий их совмещения с производством вскрышных работ.

Впервые использовано прогнозирование качественных показа
телей формируемого почвенного слоя, основанное на информации об 
изменении мощности почвенных слоев и продуктивности рекультивируемых земель в увязке с технологическими параметрами и особенностями работы основного горно-транспортного оборудования, 
задействованного на отработке верхнего вскрышного уступа и на 
отсыпке породных отвалов. Конечный результат наших исследований подробно представлен в монографии. Вполне обоснованно мы 
считаем, что наши разработки могут применяться в других угледобывающих регионах Сибири.

Основой создания монографии являются: результаты исследова
ний, проводимых в полевых условиях на географической территории 
«Канская лесостепь» Красноярского края; статистическая обработка 
информационных баз; результаты исследований почвенных проб, 
выполненных ФГУ «Станция агрохимической службы «Солянская» 
(Рыбинский р-н Красноярского края); теоретический и практический материал, опубликованный в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, выпускаемых в РФ, рекомендуемых ВАК 
для опубликования основных научных результатов диссертаций на 
соискание ученой степени доктора наук, в сборниках статей международных и Всероссийских конференций с 2003 по 2011 гг.

ГЛАВА 1. Современное состояние 
и обзор изученности проблем 
в горнотехнической рекультивации земель

1.1. Динамика роста объемов угледобычи, выработ
ки электроэнергии и связанное с этим изъятие 
земель сельскохозяйственного назначения

В российской экономике дальнейшее ее развитие обосновано ро
стом объемов промышленного производства в традиционных отраслях: добыча нефти и газа, угля подземным и открытым способами, 
теплоэнергетика, машиностроение, лесная и деревообрабатывающая, 
агропромышленный комплекс и др. Наличие в РФ большого количества месторождений коксующегося и энергетического угля с большими запасами обусловливает систематическое появление новых предприятий по добыче и переработке угля. Сегодня главными российскими угледобывающими регионами считают Кузбасс, Красноярский, 
Хабаровский и Приморский края, Иркутскую и Читинскую области. 
Географически месторождения угля повсеместно располагаются на 
землях предприятий агропромышленного комплекса.

Согласно новой Энергетической стратегии России до 2030 г., раз
работанной в Институте энергетических исследований РАН, в нашей 
стране имеются возможности существенного наращивания объемов 
добычи угля до 890 млн т. Наибольшими ресурсами для увеличения 
добычи угля обладают Сибирский и Дальневосточный федеральные 
округа – до 737 и 106 млн т соответственно; здесь расположены такие крупные бассейны, как Кузнецкий, Канско-Ачинский, ЮжноЯкутский, имеющие существенные потенциальные возможности 
для дальнейшего увеличения объемов производства угля [56].

Западная Сибирь

В Кузнецком бассейне до 2030 г. возможен рост добычи угля до 

291 млн т. Целесообразным будет освоение следующих месторождений: «Ерунаковское», «Соколовское», «Уропско-Караканское», «Но
ГЛАВА 1. Современное состояние и обзор изученности проблем...

воказанское», «Жерновское», «Евтинское» и др., обладающих наиболее благоприятными горно-геологическими условиями разработки, 
на которых возможно строительство новых разрезов и шахт. Параллельно с освоением новых месторождений разработана программа 
лицензирования 51 участка недр для реконструкции, поддержания 
мощностей действующих шахт и разрезов, строительства новых 
угольных предприятий.

В Алтайском крае и Новосибирской области возможен незначи
тельный, в основном для местных нужд, рост объемов добычи угля 
до уровня 7,0 млн т в год.

Восточная Сибирь

С позиции роста объемов открытой угледобычи весьма перспек
тивным угледобывающим регионом является Красноярский край. На 
его территории возможен объем добычи угля от 77 до 340 млн т в год. 
Балансовые запасы бурого угля оцениваются в 600 млрд т. Конкретные объемы добычи угля в Канско-Ачинском бассейне в дальнейшем 
будут определяться исходя из потребности в этих углях. В регионе 
перспективным может считаться внедрение инновационных технологий глубокой переработки угольного сырья, производство из него 
продукции высокого передела. При реализации проекта по глубокой 
переработке угля (Березовский разрез) и преобразованию его в полукокс и другие продукты углехимии возможен значительный рост 
объемов производства в Красноярском крае. На федеральном уровне 
активно ведется работа по экономической оценке возможностей значительного наращивания объемов добычи энергетических углей в 
Канско-Ачинском бассейне: до 340 млн т. В этом случае уголь будет 
сжигаться на тепловых станциях, «на борту разреза», и произведенная 
электроэнергия по сетям будет доставляться потребителям [56].

В Забайкальском крае, объединяющем Иркутскую, Читинскую 

области и Бурятию, объем добычи угля открытым способом прогнозируется на уровне 77,0 млн т в год.

Горные отводы и промышленные площадки практически всех 

угольных разрезов располагаются на высокоплодородных сельскохозяйственных угодьях. Сегодня во всех угледобывающих регионах 
остро стоит проблема возврата в оборот земель, изъятых для нужд 
недропользования [80–83].

ГЛАВА 1. Современное состояние и обзор изученности проблем...

В юго-восточных районах Красноярского края расположены 

крупные угольные разрезы, входящие в тридцатку крупнейших 
предприятий в угольной отрасли: «Бородинский», «Переясловский», 
«Канский», а также более мелкие – «Ирбейский», «Абанский» [84]. 
В этой связи на примере Красноярского края с позиции факторной 
экономики рассмотрим хозяйственную деятельность группы предприятий ТЭК и АПК с различным отношением к использованию 
продуктивных земель сельскохозяйственного назначения.

1.2. Технологические аспекты разработки горизон
тальных и пологих месторождений энергетических углей открытым способом

В бывшем СССР добыча угля в начале 1990-х гг. равнялась 700 

млн т в год. На долю открытого способа приходилось более половины этого объема. И сегодня РФ занимает одно из первых мест в мире 
по добыче угля. Открытый способ его добычи традиционно развивается опережающими темпами. Угольные месторождения, разрабатываемые с применением открытых геотехнологий, характеризуются разнообразием горно-геологических условий: значительная 
вариация мощности угольных пластов и углов их пространственного расположения, разнообразные физико-механические свойства 
вмещающих и покрывающих пород. Весьма различны и природноклиматические характеристики географических районов расположения месторождений угля.

Разнообразие горно-геологических условий залегания угольных 

пластов и физико-механических свойств вскрышных пород и угля 
обусловливает применение в горном деле различных систем разработки месторождений. В практике открытых горных работ наиболее 
часто применяются сплошные продольные однобортовые и углубочные (продольные, поперечные, веерные или кольцевые) одно- или 
двухбортовые системы разработки [67].

Разработку вскрышных пород и добычу угля производят ка
рьерными экскаваторами ЭКГ-5, ЭКГ-8и, ЭКГ-4у, ЭКГ-6,3-ус, ЭКГ
ГЛАВА 1. Современное состояние и обзор изученности проблем...

12,5, ЭКГ-15, ЭКГ-20 [66]. На добычных работах на крупных угольных разрезах с мощными (15-45 м) пластами используют роторные 
экскаваторы ЭР-1250, ЭРП-2500, ЭРШРД-5000, ЭРП-5250. Во всех 
случаях применяют карьерный транспорт: железнодорожный, автомобильный или конвейерный. В перспективе до 2020 г. сохранится преобладание транспортных систем разработки с увеличением 
удельного веса комбинированного – автомобильно-конвейерного и 
автомобильно-железнодорожного – транспорта.

Характерной особенностью большинства угольных разрезов 

является применение бестранспортных систем разработки нижних 
вскрышных уступов с применением шагающих экскаваторов: ЭШ10/70, ЭШ-15/90, ЭШ-20/90, ЭШ-40/85, ЭШ-80/100. Такие системы 
разработки широко используют на разрезах Подмосковья, в Западной и Восточной Сибири, в Читинской области, в Хабаровском и 
Приморском краях.

При открытом способе добычи угля возникают весьма значи
мые как по масштабу, так и по качеству нарушения земной поверхности. Так, по оценкам экспертов, только в Кузбассе в ближайшие 
5-7 лет площадь нарушенных открытыми горными работами земель 
превзойдет отметку 100 тыс. га и более [50].

Вскрышные работы. Добыча угля открытым способом пред
полагает удаление вскрышной толщи, покрывающей угольные пласты. На всех угольных разрезах производят вскрышные работы с 
применением автомобильного или железнодорожного транспорта (рис. 1.1, 1.2). Фрагменты бестранспортной системы разработки 
вскрышных пород представлены на рис. 1.3.

Отвалообразование. Удаляемые из рабочей зоны разреза 

вскрышные породы размещают во внешних отвалах, и только когда появляется выработанное пространство после выемки угольного 
пласта, весь объем вскрышных пород укладывают во внутренние отвалы (рис. 1.4) на место отработанных угольных пластов.

Рекультивация земель. Развивая горные работы, угольные 

разрезы систематически расширяют контуры горных отводов. Так, 
например, чтобы добыть 1,0 млн т угля, необходимо изъять из хозяйственного оборота от 1,5-2,0 до 28-30 га земель в зависимости от 
горно-геологических условий залегания угольных пластов [81, 89]. 
Перед производством работ согласно действующему законодательству угольный разрез должен произвести снятие находящегося на 
территории горного отвода плодородного слоя почвы (ПСП) и затем 

ГЛАВА 1. Современное состояние и обзор изученности проблем...

Рис. 1.1. Производство вскрышных работ с применением 

автомобильного транспорта

Рис. 1.2. Производство вскрышных работ с применением 

железнодорожного транспорта

ГЛАВА 1. Современное состояние и обзор изученности проблем...

Рис. 1.3. Производство вскрышных работ по бестранспортной технологии 

шагающим экскаватором ЭШ-15/90 А (вскрытие угольного пласта)

11

нанести его на созданные поверхности внутренних и внешних отвалов. В структуре нарушаемого земельного фонда продуктивные земли сельскохозяйственного назначения (пашни, сенокосы, пастбища) 
имеют удельный вес 75-85 %.

Снятие почвенного слоя производят чаще всего тяжелыми буль
дозерами, реже – гидравлическим экскаваторами типа «обратная 
лопата» с емкостью ковша 1,2-1,6 м3, и одновременно этими же механизмами ПСП укладывают в бурты, откуда через некоторое время 
его отгружают в транспортные средства и вывозят на места нанесения или последующего хранения [42].

В настоящее время на угольных разрезах «Бородинский», «Пе
реясловский», «Канский» в буртах хранятся на протяжении нескольких лет более 2,0 млн м3 снятого ПСП. Свободных площадей для его 
нанесения не имеется, не появятся они и в ближайшие годы. По нашей оценке с 2008 по 2012 гг. этот объем увеличится до 3,5-4,0 млн м3.

Добычные работы производят роторными экскаваторами (рис. 

1.5) с непосредственной погрузкой в железнодорожные вагоны. Такой способ отработки угольных пластов применяют на крупных 
угольных разрезах («Бородинский», «Назаровский», «Березовский»