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
Стр.2
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 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
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».
УДК 631.5:622.882
ББК 40.658 + 33.31
ISBN 978-5-7638-2521-3
© Сибирский федеральный университет, 2012
Стр.3
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
Стр.4
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
4
Стр.5
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
5
Стр.6
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 горнотехнической
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 техноло6
Стр.7
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 следующих
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 показателей
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 исследований,
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.
7
Стр.8