Спосіб безвідходної рекультивації угідь після добування нерудних матеріалів

Передбачуваний винахід відноситься до гірничої справи і може бути використаний для створення придатних для сільського господарства земель, порушених гірничими роботами. Корисні нерудні матеріали багатьох систем земних відкладів знайшли широке використання як компоненти технологічного процесу цукрових заводів, так і у вигляді будівельної сировини (гравій, пісок і т.д.) переробних підприємств. Добування нерудної сировини пов'язане з розкриванням поверхневого шару в тому числі родючого, з утворенням непридатних відпрацьованих кар'єрів для можливого подальшого вирощування на них сільськогосподарських культур. Відомий спосіб рекультивації угідь після добування нерудних матеріалів, відповідно до якого відпрацьований, наприклад, кар'єр вирівнюють, з використанням породи розкривання, після регулюють його гідрологічні умови зволоження ділянки і по мірі природного осідання ділянку покривають шаром завезеного родючого ґрунту потужнієш 40 і більше сантиметрів і окультурюють (див. кн. Красавин А.П. Опыт рекультивации на разрезах - членов Ефимьв А.В., Федосеева Т.П. Возрожденная земля. - М.: Колос, 1978 111с.) Відомий також спосіб, у якого, крім вищенаведених ознак, при рекультивації відпрацьованих дільниць, частково використовують відходи виробництва і відвали розкритих порід (див. кн. Красавин А.П. Опыт рекультивации на разрезах - членов СЭВ, - Μ.; Наука 1977 - 43 с.) Однак недоліками відомих способів є; 1) значні затрати енергії ї часу, пов'язані з виконанням робіт по окультуренню ландшафту (видалення відвалів, засипка кар'єру тощо); 2) значні затрати коштів, обумовлені завезенням родючого шару ґрунту; 3) малоефективне використання частини відходів виробництва і відвалів розкривних порід через відсутність попередньої біологічної оцінки і виявлення їх придатності для можливого генезису ґрунтів; 4) можливе використання, через відсутність попередньої біологічної оцінки відходів, токсичних сполук для рослинництва, виборі агрофону і складу вирощувальних культур, які здатні спричинити певну загрозу навколишньому середовищу; 5) низька ефективність, через відсутність попередньої біологічної оцінки розкривних гірських порід, використання завезеного гумусового шару, а також органічних і мінеральних добрив; 6) нанесені матеріальні збитки від видалення і транспортування з виробництв відходів, які при наявності їх біологічної оцінки, можна було б використати для біологічної рекультивації відпрацьованих ділянок; 7) низька ефективність результатів культивації, обумовлена невикористанням органічних та мінеральних добрив; 8) обмежена область використання відомих способів, особливо в місцях з відсутністю або недостатньою кількістю наявного родючого шару ґрунту. Таким чином, відомі способи рекультивації сільськогосподарських угідь на відпрацьованих кар'єрах, які здійснюють без попереднього біологічного оцінювання розкривних гірських порід і не використовують їх в подальшому технологічному процесі, а видаляють із виробництва, а також не використовують органічних і мінеральних добрив і при відсутності, у багатьох випадках, або недостатньої кількості родючого шару ґрунту, мають низьку ефективність реалізації і обмежену область використання і, крім того, здатні погіршувати екологічний стан навколишнього середовища. Задачею винаходу являється створення способу безвідходної рекультивації угідь після добування нерудних матеріалів, у якому шляхом пошарового заповнення вироблених кар'єрів досягають рекультивації порушених земель, покращення екологічного стану навколишнього середовища. Поставлену задачу досягають тим, що у способі безвідходної рекультивації угідь після добування нерудних матеріалів, що включає вирівнювання поверхні з використанням породи розкривання, регулювання гідрологічних умов зволоження ділянки, нанесення шару непридатних для рекультивації порід з частковим використанням відходів виробництва, згідно винаходу вироблені кар'єри заповнюють відходами від добування нерудних матеріалів, перекривають екраном із лісоподібних суглинків шаром товщиною щонайменше 40см з подальшим використанням ріллі, а при відсутності або недостатній кількості родючого ґрунту, необхідного для створення ґрунтового покриття, вироблені кар'єри заповнюють основними породами відвалу-вапняком мергелем глинистим, на які наноситься суміш з 4 - 4,5 вагових частин землі і 1 1,5 вагових частин лезоподібних суглинків, при цьому протягом перших трьох років рекультивації вносять органічні добрива в кількості 30 - 60т/га і мінеральні; азотні 90 - 120, фосфорні 90 - 120 і калійні 60-90кг діючої речовини на гектар і на створеному землеґрунтовому фоні вирощують багаторічні бобові трави; конюшину, люцерну, еспарцет, буркун, з подальшим використанням протягом перших трьох років сінокосів, а наступних - ґрунтозахисної сівозміни з помірним насиченням однорічними культурами суцільної сівби, а при повній відсутності запасів родючого ґрунту, вироблені кар'єри заповнюють сумішшю з 1 - 1,5 вагових частин біологічно оцінених промислових відходів - вапнякової суміші, суміші мергелистих глин, глини неогенного походження і 4 - 4,5 вагових частин лезоподібних суглинків і одночасно вносять органічні добрива в кількості 60 - 90т/га і мінеральні: азотні 180, фосфотні 180 і калійні 100кг діючої речовини на гектар і на створеному ґрунтовому фоні і вирощують стійкі до таких умов культури; буркун білий або буркун жовтий, еспарцет, бобово-злакові суміші; червону конюшину, синьогрудну люцерну з рекомендованими нормами висіву насіння в даній зоні. Розглянемо основні викладки обґрунтування суттєвих ознак способу і можливості його реалізації. Для підприємств південно-західного Лісостепу України виконана біологічна оцінка розкривних порід і відходів (див. табл.1 і 2). Із аналізу результатів досліджень видно, що розкривні породи і відходи не мають токсичних сполук для рослинництва, тому при підборі агрофону І складу вирощуваних культур їх пропонується використовувати для рекультивації відпрацьованих кар'єрів. Запропонований спосіб рекультивації передбачає використання розкривних порід південно-західного Лісостепу України і відходів мінералогічної сировини, одержуваних при відкритих розробках мінералів (вапнякова суміш - суміш фракцій вапняку розміром менше 20мм і глинисто-піщаних часток; суміш мергелистих глин, суміш глин неогенного походження при добуванні вапняків для потреб цукрової промисловості, буто-щебеневої продукції із силурійських вапняків, глини для виробництва цементу та інших мінеральних вапняків, глини для виробництва цементу та інших мінеральних субстратів, для створення ґрунтового покриття з достатнім рівнем родючості, на відпрацьованих кар'єрах. Таблиця 1 Середньозважений вміст основних компонентів розкривних порід і відходів виробництва по Колубаєвському кар'єру глин (Кам'янець-Подільський цементний завод), % Назва породи Суглинок Глина мергелиста 1-й шар Глина мергельна Глина мергелиста 2-й шар SiO2 60,96 54,85 46,92 49,93 Аl2O3 11,83 15,54 14,38 15,29 Fe2O 4,58 6,58 5,75 6,06 СаО 7,55 6,47 4,75 9,04 MgO 1,65 2,88 2,75 3,11 SO3 0,12 0,23 0,28 0,85 К2O 2,75 3,31 3,02 3,16 Р2O5 0,26 0,23 0,26 0,25 Таблиця 2 Середньозважений вміст основних компонентів вапнякової суміші (відходи виробництва) Закупнянського кар'єроуправління, % № п/п проб. 19 24 25 27 СаСОз MgCO3 А12О3+ Fe2O3 К2O + Na2O CaSO4 95,9 97,1 95,97 97,06 1,84 0,99 0,89 0,92 0,76 0,66 1,38 0,63 0,16 0,06 0,10 0,29 0,13 0,12 0,04 0,02 SiO2 + не розчинний залишок 1,21 0,16 1,68 1,08 Для виявлення впливу на покращення агрохімічних властивостей ґрунтів в процесі рекультивації розкривних порід і відходів мінералогічної сировини, які використовувались, було проведено ряд досліджень, результати яких наведені в табл. 3, 4, і 5. Таблиця 3 Основні агротехнічні властивості грунтосуміші і її зміни в процесі сільськогосподарської рекультивації (Колубаївське родовище глини, Кам'янець-Подільський цементний завод) Агрофон Покривні лісоподібні суглинки Суміш мергелистих і мергельних глин Рухомі форми, в мг на 100г землі N Р2O3 К2О До закладання дослідів 0,83 - 0,89 2,52 - 2,89 2,10 - 2,30 22,92 - 23,64 Гумус, % 0,32 - 0,35 1,96 - 2,24 1,44 - 2,22 сол. рH Водне 7,8 8,5 18,84 - 20,94 7,8 8,6 В кінці дослідів (через 4 роки) Покривні лісоподібні суглинки Суміш мергельних і мергелистих глин 0,86 - 1,41 2,62 - 4,98 2,10 - 2,37 23,28 - 20,05 7,8 8,5 0,33 - 1,10 2,1 - 4,3 1,83 - 2,61 19,89 - 19,22 7,8 8,6 Таблиця 4 Основні агрохімічні властивості ґрунтосуміші і відходів виробництва для рекультивації Скала-Подільського кар'єру вапняку Агрофон Лісоподібні карбонатні суглинки Суміш глин неогенного походження Живильні речовини, в мг на 100г землі Вміст гумусу, РН сольове % N Р2O3 К2O До закладання дослідів 0,25 - 0,33 6,8 - 7,0 3,12 - 6,59 2,20 - 2,39 13,96 - 14,15 0,12 - 0,19 7,2 1,22 - 1,50 1,32 - 1,70 8,96 - 12,30 3,55 - 3,72 11,88 - 13,82 В кінці дослідів (через 4 роки) Лісоподібні карбонатні суглинки 1,14 7,0 2,1 - 3,8 Суміш глин неогенного походження 0,33 7,2 1,5 - 4,0 1,59 - 1,97 12,07 - 13,44 Таблиця 5 Основні агрохімічні властивості рідсіву (вапнякової суміші фракції вапняку і глинисто-піщаних часток) Виділення СО2, вмг/вод з 1м Вміст гумусу, % 124 - 129 0,04 216 - 241 0,10 - 0,52 Вміст рН водне карбонатів, % До закладання дослідів 87,3 7,7 В кінці дослідів (через 4 роки) 87,3 7,7 N Р2O5 К2O 1,5 1,85 2,10 1,25 - 4,47 1,9 - 2,4 3,0 - 7,1 Урожайність багаторічних трав (табл.6), які вирощувались на рекультивованих землях, прирівнюється до урожайності цих культур, які вирощують на сільськогосподарських угіддях в зоні південно-західного Лісостепу України. Агротехніка вирощування багаторічних бобових трав на рекультивованих запропонованим способом землях така, яка рекомендована для даної зони. Таблиця 6 Продуктивність багаторічних бобових трав, вирощуваних на розкривних породах і відходах виробництва, ц/га Агрофон Лісовидні суглинки Суміш мергельних і мергелистих глин Суміш глин неогенного походження Вапнякова суміш Культури еспарцет 235 - 256 конюшина 226 - 251 люцерна 223 - 249 буркун 174 - 185 201 - 238 225 - 251 207 - 231 165 - 193 196 - 225 123 - 320 31 - 81 138 - 157 Розглянемо реалізацію способу у трьох випадках: - при достатній кількості родючого ґрунту; - при недостатній кількості родючого ґрунту; - при повній відсутності родючого ґрунту, У першому випадку для рекультивації угідь вирівнюють поверхню, використовуючи при цьому породи розкривання, регулюють гідрологічні умови зволоження ділянки і перекривають екраном із лісоподібних суглинків шаром товщиною 60 - 80см. Далі наносять гумусовий шар землі товщиною щонайменше 40см з подальшим використанням ріллі. У випадку недостатньої кількості родючого ґрунту, необхідно для створення ґрунтового покриття, вироблені кар'єри заповнюють основними породами відвалу - вапняком, глинистим мергелем, на які наносять суміш з 4 - 4,5 вагових частин землі і 1 - 1,5 вагових частин лісоподібних суглинків. Далі протягом трьох років рекультивації вносять органічні добрива в кількості 30 - 60т/га і мінеральні: азотні 90 - 120, фосфорні 90 - 120 і калійні 60 - 90кг діючої речовини на гектар і на створеному землеґрунтовому фоні вирощують багаторічні бобові трави; конюшину, люцерну, еспарцет, буркун, з подальшим використанням протягом трьох років сінокосів. Після цього використовують ґрунтозахисну сівозміну з помірним насиченням однорічними культурами суцільної сівби. При повній відсутності запасів родючого ґрунту, вироблені кар'єри заповнюють сумішшю з 1 - 1,5 вагових частин біологічно оцінених промислових відходів - вапнякової суміші, суміші мергелистих глин, глини неогенного походження і 4 - 4,5 вагових частин лісоподібних суглинків і одночасно вносять органічні добрива в кількості 60 - 90т/га і мінеральні: азотні 180, фосфорні 180 і калійні 100кг діючої речовини на гектар. Після цього на створеному фоні вирощують стійкі до таких умов культури: буркун білий або буркун жовтий, еспарцет, бобово-злакові суміші; червону конюшину, синьо-гібридну люцерну з рекомендованими нормами висіву насіння в даній зоні. Для виявлення передбачуваної ефективності від впровадження запропонованого способу були виконані розрахунки. При цьому враховувались такі затрати коштів на рекультивацію: - витрати на гірничотехнічний етап рекультивації, який включає технологічні операції вирівнювання поверхні кар'єра та терасування бортів кар'єра і відкосів, покриття їх землею або ґрунтосумішами разом з відходами виробництва, виконання необхідних меліоративних робіт, влаштування під'їзних і землевозних доріг, транспортування землі і розкривних порід з формуванням відвалів; - витрати на біологічний етап рекультивації, який включає операції обробітку землі або розривних порід, внесення добрив, регулювання водного режиму, посів, догляд за рослинами, збирання і зберігання урожаю. Середні затрати на відпрацювання родючої землі, її складання, транспортування, нанесення на рекультиваційну площу, вирівнювання і ущільнення виконані за нашими розрахунками і наведені в таблиці 7. Т Розрахунок середніх затрат при рекультивації ґрунтових сумішей Вид операції Кількість землі м3/га Т/га Потреба родючої землі для рекультивації 1га відпрацьованих кар'єрів (з 5250 7875 розрахунку 50 сантиметрового шару землі) Заготівля або знімання родючої землі на інших угіддях 5250 7875 Зберігання землі 5250 7875 Навантаження і транспортування землі на участок рекультивації ( на середню 5250 7875 віддаль 10км ) Розрівнювання і ущільнення землі на участку рекультивації 5250 7875 Разом загальні витрати на 1га Витрати на гірничотехнічний етап рекультивації при використанні відходів виробництва і розкривних порід кар'єрів 1 2 3 Потреба родючої землі і відходів виробництва для рекультивації 1га землі 1500 відпрацьованих кар'єрів (з розрахунку шару 35 см відходів) відходів 5250 Заготівля і знімання родючої землі на інших угіддях 1500 2250 Зберігання землі 1500 2250 Навантаження і транспортування на участок рекультивації (віддаль в 1500 2250 середньому 10км) Розрівнювання і ущільнення землі на рекультиваційному участку 1500 2250 Разом загальні витрати на 1т При цьому затрати на біологічний етап рекультивації, які обумовлені необхідністю збільшення норм внесення добрив, збільшаться на 131грн. Тому в загальному затрати на гірничотехнічний і біологічний етапи рекультивації при використанні для цього відходів виробництва становитимуть 3675 грн., а загальний економічний ефект при безвідходній технології в порівнянні з нанесенням родючої землі складе: 9975 – 3673 - 6300грн/га. Крім того, використання запропонованого способу, у порівнянні з уже відомими, дасть можливість: а) підвищити ефективність використання частини відходів підприємств і відвалів розкривних порід завдяки попередній біологічній оцінці і виявлення їх придатності для можливого генезису ґрунтів; б) запобігти шкідливій дії на оточуюче середовище токсичних сполук у відходах виробництва завдяки їх виявленню при попередній біологічній оцінці і вилученню з технологічного процесу рекультивації; в) зменшити витрати та видалення і транспортування з виробництва відходів, які завдяки попередній біологічній оцінці використовуватимуться для біологічної рекультивації відпрацьованих кар'єрів; г) підвищити ефективність результатів рекультивації завдяки використанню органічних і мінеральних добрив; д) розширити область використання запропонованого способу, особливо у місцях з відсутністю або при недостатній кількості наявної родючої землі, що в загальному дасть народному господарству певний економічний ефект. Вартіст гр 131 5 73 78 99 4 39 15 22 78 354