Спосіб обробітку вугільних або лігнітових шахтних полів

(19) (11) 29453 (13) C2 (51) 6 E 21 С 41/32, A 01 G 1/00, A 01 G 9/24, A 01 В 79/02 МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ДЕРЖАВНИЙ ДЕПАРТАМЕНТ ІНТЕЛЕКТУАЛЬНОЇ ВЛАСНОСТІ ДО ПАТЕНТУ НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ ОБРОБІТКУ ВУГІЛЬНИХ АБО ЛІГНІТОВИХ ШАХТНИХ ПОЛІВ (46) 15 11.2000, Бюл. № 6, 2000 р. (72) Валканас Джордж (GR) (73) КОМПОСТЕЛЛА КОМПАНІА МАРГГАЙМ ЛТД (CY) (56) DE 2728412 А.1979. ЕР 0140795 А.1985. SU 1001881 А.1983. * • СН 600747 А. 1978. DE 4105595 А, 1992 - прототип. (57) 1. Способ возделывания угольных или лигнитовых шахтных полей, содержащих отвальный грунт с большим содержанием серы, способной превращаться посредством окисления в сернис тую кислоту, пониженной способностью удержи вать воду и пониженной способностью выращи вать растения по сравнению с первоначальным грунтом до начала разработок, включающий об работку отвального грунта путем смешивания от вального грунта с абсорбирующими полимерами, повышающими способность отвального фунта удерживать воду, введение в него удобрений, по вышающих его плодородность, и культивацию растений в обработанный грунт, отличающийся тем, что полимеры выбирают так, что при их сме шивании с грунтом в достаточном количестве они молекулярно включают воду и существенно препятствуют испарению еоды или ее инфильт рации в грунт, удерживают воду в количестве, составляющем около 200 - 300 раз их веса, и способствуют вовлечению удобрений в грунт пу тем ионного обмена и сорбции-десорбции удобрений. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что растения культивируют в обработанный грунт в теплице. 3 Способ по п.2, отличающийся тем, что в теплице поддерживают температуру, необходимую для культивации растений, по меньшей мере, частично, за счет использования охлаждающих тепловых вод теплоэлектростанций. . 4. Способ по п 3, отличающийся тем, что ис пользуют полимеры, способствующие экономии воды и биологически контролируемому питанию растений, при этом полимеры увеличивают эко номию обработанного грунта до 10 раз с пре дельной эффективностью питания и с ионным обменом и абсорбцией-десорбцией удобрений 5. Способ по п.З, отличающийся тем, что при обработке отвального грунта путем его смешива ния с абсорбирующими полимерами, повышаю щей эффективность плодородия поля, обрабо танный грунт действует как основа и не вырож дается или не загрязняется, благодаря чему об работанный грунт подходит для культивации растяний в теплице в течение большого периода времени 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что е от вальный грунт, содержащий серу в количестве около 0,5 - 3 вес.% до введения распыленного уг лекислого кальция, его вводят в грунт в количест ве около 1 - 2%. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что ис пользуют удобрения, содержащие водонерастворимую оболочку, которая биологически разру шается и которая высвобождается в обработан ный грунт постепенно. Изобретение относится к способу сельскохозяйственного использования лигнитовых и угольных шахтных полей, образующихся в результате вскрышных работ. Способ, в частности, описывает оригинальную попытку введения технологических продуктов в эти поля, которые способствуют экономии воды, пригодности воды и восстановлению плодородия почв пигнитовых и шахтных угольных месторождений после извлечения углеродсодержащих веществ, осуществлен нию земледепия с массированной эксплуатацией теплиц. Лигнитовые и угольные шахтные поля, образующиеся в результате извлечения более богатых пластов при проведении вскрышных работ с отбрасыванием земли и перевалкой ее в отва (21)95028102 (22)03.06.1994 (24)15.11.2000 (31)930100228 (32)04.06.1993 (33) GR , ' ' . ' , . (86) PCT/GR94/00012, 03.06.1994 29453 пы> образуют поверхности, содержащие углистые вещества, при этом такие поверхности являются несбалансированными почвами и тем более не являются богатыми плодородными почвами Кроме того, эти поверхностные слои почвы, оставшиеся после извлечения и перевалки в отвалы, содержат также серу, обычно в больших количествах, порядка 0,5 - 3%. Содержащаяся а этой почве сера очень быстро превращается в серную кислоту в результате окислительного воздействия тиоокислительных бактерий, которые окисляют серу. Почвы лигнитовых и угольных шахтных полей, образующихся в результате технологии вскрышных работ, считаются проблематичными и зараженными, и их обработка в интернациональном масштабе может осуществляться двумя путями' a) покрывание верхнего слоя почвы этих шахтных полей удобрениями на глубину от 0,80 до 1.20 м, что является очень дорогостоящим и трудоемким решением, которое, однако, несмот ря на эти трудности, сегодня повсеместно приме няется; b) удаление верхнего слоя почвы перед проведением вскрышных работ угольных место рождений. Верхний слой почвы собирается в валы и сохраняется в закрытых нишах или убежищах до тех пор, пока месторождение не будет выработано, а затем его помещают на поверхности полученного шахтного поля. Это решение является технически и экологически правильным, однако, на практике его трудно применять из-за очень высокой чувствительности и высокой стоимости. Следовательно, восстановление почв, полученных после разработки угольных, лигнитовых или молодых лигнитовых месторождений является трудным делом. Поскольку эти поля не могут быть улучшены естественным путем, необходимо найти решение, как улучшить их и сделать их плодородными. Кроме вышеупомянутых для таких угольных и лигнитовых месторождений возникают проблемы из-за неустойчивости почвы и также того, что почва не удерживает и не сохраняет воду. Они также непрерывно насыщаются городскими кислотными осадками В случае длительной эксплуатации теплоэлектростанций это в результате приводит к нейтрализации всех щелочных свойств почвы и образованию кислотных участков Подсчитано, что по крайней мере 60% серы в углеродсодержащем веществе после сжигания для производства электричества выпадает в виде газа или в виде зольной пыли или копоти на участки разработки и добычи лигнита или каменного угля. При эксплуатации месторождений это дает следующие величины насыщения или нагрузки (в тоннах/год, табл. 1). Все вышеупомянутые кислотные осадки загрязняют землю на этом участке и постоянно нейтрализуют щелочные свойства почвы.'Но щелочные свойства или щелочность являются конечным результатом или следствием образования кислотных маршрутов или участков Признано, что содержание серы в почве лигнитовых месторождений достигает высоких значений, и при возобновлении земледелия биологическое окисление серы в серную кислоту будет ускоряться, разрушать и пагубно воздействовать на функционирование почвы лигнитовых месторождений, как это показал анализ, проведенный э Мегаполисе в Греции (табл 2). Следовательно, сельскохозяйственное использование угольных и лигнитовых: шахтных полей в настоящее время неосуществимо вследствие того, что они не обладают природным плодородием, а решение использовать сегодня шахтные поля с глубиной почвы порядка 0,80 - 1,20 м очень дорогостоящее и не дает возможности, поскольку это трудно найти более плодородную почву для перенесения ее на эти шахтные поля. С другой стороны, эксплуатация теплоэлектростанций непрерывно вынуждает добывать каменный уголь или лигнит (бурый уголь) путем открытой разработки месторождения с последующим сжиганием их для получения все большего и большего количества выпадающих осадков из атмосферы. С третьей стороны, необходимо обеспечить занятость местного населения в сельскохозяйственных работах при удовлетворительном заработке, а это возможна только, посредством теплиц, которые также должны эксплуатироваться в дополнение к электростанциям. Дополнительный нагрев теплой охлаждающей водой, которую в этих районах можно получить в огромных количествах, значительно снижает стоимость. Однако, теплицам также необходимы перегной и способность удерживать воду. По опыту определено, что эксплуатация теплиц приводит к загрязнению почвы, и через 2-4 года теплицу необходимо перенести на новую землю или почву. Эти условия, однако, не могут превалировать в теплицах, эксплуатируемых на угольных и пигнитовых шахтных полях, поскольку их необходимо проектировать на более высоком техническом уровне, и их перенос, следовательно, является очень дорогостоящим. В качестве прототипа заявляемого изобретения принят способ возделывания угольных или лигнитовых шахтных полей, содержащих отвальный грунт с большим содержанием серы, способной превращаться посредством окисления в сернистую кислоту, пониженной способностью удерживать воду и пониженной способностью выращивать растения по сравнению с первоначальным грунтом до начала разработок, включающий обработку отвального грунта путем смешивания отвального грунта с абсорбирующими полимерами, повышающими способность отвального грунта удерживать воду, введение в него удобрений, повышающих ее плодородность, и культивацию растений в обработанный грунт. Недостатком известного способа возделывания шахтных полей является то, что используемые для обработки грунта абсорбирующие полимеры не обеспечивают эффективного восстановления почв, что, в частности, выражается в быстром испарении либо просачивании воды вглубь почвы, и недостаточном насыщении обрабатываемых почв удобрениями. В основу изобретения поставлена задача обеспечения полноты восстановления почвы и повышения эффективности осуществления спо 29453 соба возделывания угольных или лигнитовых шахтных полей путем выбора оптимального варианта абсорбирующих полимеров, регулирующих питание обрабатываемой почвы в соответствии с биологической потребностью, в частности, содержащих воду в виде молекул, и обладающих способностью ионообмена с удобрениями, что обеспечивает проникновение в обрабатываемую почву воды в молекулярном состоянии, в котором предотвращается ее испарение из поверхности грунта или проникновение вглубь него, а также интенсифицирует протекание химических реакций между ионами полимеров и ионами веществ-удобрений, сопровождающееся абсорбцией ионов веществ-удобрений в грунт, и насыщение ими грунта до состояния, благоприятного для земледелия. Поставленная задача достигается за счет того, что в способе возделывания угольных или лигнитовых шахтных полей, содержащих отвальный грунт с большим содержанием серы, способной превращаться посредством окисления в сернистую кислоту, пониженной способностью удерживать воду и пониженной способностью выращивать растения по сравнению с первоначальным грунтом до начала разработок, включающем обработку отвального грунта путем смешивания отвального грунта с абсорбирующими полимерами, повышающими способность ОТБЕЛЬНОГО грунта удерживать воду, введение в него удобрений, повышающих ее плодородность, и культивацию растений в обработанный грунт, согласно изобретению, полимеры выбирают так, что при их смешивании с грунтом в достаточном количестве они молекулярно включают воду и существенно препятствуют испарению воды или ее инфильтрации в грунт, удерживают воду в количестве, составляющем около 200 - 300 раз их веса, и способствуют вовлечению удобрений в грунт путем ионного обмена и сорбции-десорбции удобрений. При этом растения культивируют в обработанный грунт в теплице, в которой поддерживают температуру, необходимую для культивации растений, по меньшей мере, частично, за счет использования охлаждающих тепловых вод теплоэлектростанций. 8 предлагаемом способе используют полимеры, способствующие экономии воды и биологически контролируемому питанию растений, при этом полимеры увеличивают экономию обработанного грунта до 10 раз с предельной эффективностью питания и с ионным обменом и абсорбцией-десорбцией удобрений. При обработке отвального грунта путем его смешивания с абсорбирующими полимерами, повышающей эффективность плодородия поля, обработанный грунт действует как основа и не вырождается или не загрязняется, благодаря чему обработанный грунт подходит для культивации растений в теплице в течение большого периода времени. В отвальный фунт, содержащий серу в количестве около 0,5 - 3 вес.% до введения распыленного углекислого кальция, его вводят s грунт в количестве около 1 -2%, Кроме того, в способе используют удобрений, содержащие водонерастеоримую оболочку, которая биологически разрушается и которая высвобождается в обработанный фунт постепенно. Предложенное решение улучшения таких зараженных полей и введение в действие эксплуатации теплиц является чрезвычайно оригинальным и очень прибыльным. Это решение основано на вышеупомянутых требованиях и ведет к плановому производству, .стабильной и высокой , способности удерживания воды и эксплуатации * таким образом, что обеспечивается возможность регулирования питания в соответствии с существующей биологической потребностью и полного его использования, при этом питание отрегулировано таким образом, что оно расходуется медленно, с тем. чтобы не было повреждения почвы, и вещества не выбрасывались в окружающую среду. Изобретение включает. a) использование технологических поли мерных продуктов, которые в большем количест ве удерживают воду в почве (в 200 - 300 раз больше их веса). Удерживаемая вода количест венно распределяется таким образом, чтобы обеспечить необходимое питание растений, пос кольку она содержится в виде молекул и не мо- жет ни испаряться, ни просачиваться в почву. Та кое состояние воды поддерживается постоянно, при этом обеспечивается 12-кратная экономия воды. Кроме того, эти продукты повышают пита ние путем ионообмена и неограниченней способ ности абсорбции-десорбции, поэтому они дейст вуют как промоторы плодородия, которые за счет программирования могут привести к высокому ка честву и количеству пищевых продуктов; b) использование удобрений, пестицидов и следов металлов и. т.п. для нанесения в водонерастворимой форме, которые биологически восс танавливаются в почве. Продукты вышеуказанных типов а) и Ь) продаются в настоящее время подобно лолиакриламидам и используются в качестве супера сорбентов воды и элементов питатепьного покрытия удобрений, но дни не сталкиваются с вышеупомянутыми требованиями при эксплуатации теплиц на угольных и лигнитовых месторождениях. Вышеупомянутые решения были исследованы и реализованы изобретателем настоящего изобретения с помощью тех же продуктов, которые автор усовершенствовал, а именно - удобрений с покрытием с торговой маркой Bioval-BRF, и обработанных полимеров с торговой маркой Hydroval-X, описанных в соответствующем патенте Греции. Технологические полимерные продукты в своем большинстве являются производными из рециклировэнных полимеров, удерживающих воду, в 250 раз превышающих их вес, и пригодны для многократного выращивания растений, сохраняясь в почве в течение многих лет, вплоть до 30 лет Удобрения с покрытием расходуются в почве в соответствии с существующей биологической активностью, которая повышается за счет действия Hydrova!-X. При использовании этой пары технологических продуктов повышается неп 29453 рерыэное питание и рост растений в почве, обеспечивается непрерывная подача воды, экономия воды и возможность расходовать все питательные вещества Bioval-BRf Поэтому на почве не образуются никакие насыщающие или нагружающие ее вещества, в связи с чем не возникает Необходимости ее замены Таким образом, в результате такого оригинального и высокорентабельного решения создаются условия, при которых теплицы можно эксплуатировать без переноса через 2-4 года, что в действительности создает особые успоаия в тех участках, где еще действуют электростанции и образуются кислотные осадки Однако, почвы угольных и лигнитовых месторождений, где, как предполагается, должны действовать теплицы, нестабильны и содержат серу Поэтому при введении установок для выращивания и производства биомассы она будет окисляться в серную кислоту При проведении интенсивной эксплуатации теплиц эти события будут ускоряться Изобретение справляется с этим следующим образом Почву в теплице смешивают с измельченным в порошок углекислым кальцием в таком количестве и на такую глубину, чтобы обеспечить безопасные условия эксплуатации без риска порчи продукции кислотными загрязнениями Пример 1. На участке почвы шириной 25 м, длиной 60 м, на котором должны соорудить теплицу, экскаватором вынимают грунт на глубину 1,5 м Извлеченную почву смешивают с измельченным в порошок углекислым кальцием и бурят скважины, заполняя их углекислым кальцием, оставляя незаполненным верхний слой в 30 см Оставшуюся вынутую почву с углекислым кальцием тщательно смешивают с Hydroval-X I o/oo w/w (процентов веса в весе, т е процентное соотношение весов) и 5 o/oo w/w Bioval-BRF (те на 1 часть почвы 1 вес часть Hydroval-X и 5 вес час тей Bioval-BRF) и используют для заполнения свободной части глубиной в 30 см На кондиционированной таким образом земле затем сооружается конструкция теплицы, которая должна использовать тепло, подаваемое теплоэлектростанцией в виде теплой охлаждающей ЙОДЫ ИЗ пароаой турбины Пример 2 Лигнитовую почву Мегаполиса, Греция, которая после НгОг окисления должна иметь кислотность рН 6 5, обрабатывали в соответствии с примером 1 и сооружали на ней теплицу с теплосетью, питаемой охлаждающей водой, подаваемой теплоэлектростанцией, с постоянной температурой 30°С и насыщенной влажностью Почва теплицы спланирована таким образом, что она параллельна раме или каркасу, содержащей необработанную пигнитовую почву, при этом в обе были посажены саженцы томатов, которые орошались каждые 3 дня Получены следующие результаты (табл 3) Пример 3. В лигнитовую почву (грунт) Птолемейса, Греция, которая после окисления НгОд имела рН 5,6, производили высаживание томатов, как в примере 1 Получены следующие результаты (табл 4) Пример 4. На лигнитовый фунт Птолемейса, который после окисления НгОг имел рН 6,8, были помещены растения латука (салата) и в грунт теплицы, и в грунт рамы при температуре 30° С, которые орошали каждые 2 дня (табл 5) Пример 5. В грунте теплицы примера 4 исследовали условия экономии воды После 12 дней выращивания растений орошение последних прекращали Растения увядали на 42 день В промежутке между этими днями рост растений был нормальным без различий между растениями В результате этого имеется возможность экономии воды более, чем в 7 раз без воздействия на рост Таблица 1 Пигннтоаое месторождение Сожженный уголь SO* NO, 15000000 60000 200000 150000 45000000 Мегаполис, Греция Птолемейс, Греция Зольная пыль. 120000 30000О 500000 Таблица 2 Результаты окисления образцов почвы (грунта) лигнитового месторождения, Греция (окисление образцов почвы 30% Номер образца Полученное рН 1 1,80 6,20 2 ,* > '3 , 7,10 4 І 4,80 5 4,10 7 4,20 8 2,90 в 1,50 29453 Таблица 3 Время Рост Грукт теплицы Грунт рамы 15 см 3,8 см 6 дней 12 дней 20,3 см 7,1 см 20 дней 31 см 39 10,2 см 40 дней см 12,2 см Растения томатов хорошо цвели, Цветения не вес сухой биомассы 122 г/растение, наблюдалось, 32 т.е. в четыре раза быстрее и лучше г/растение Таблица 4 Время Рост Грунт теплицы Грунт рамы 6 дней 15 см 4 см 12 дней 22 см 6 см ' ' : 4 3 м с годней . - ; 43 см 40 ДНЄЙ Растения томатов хорошо цвели, Все растения повреждены получено сухой биомассы 129 г/растение Таблица 5 Время Рост Грунт теплицы 6 дней , 12 ' ' . ' 35 см : .' 46 см 40 дней ' '.' -. 16СМ 21см :. 20 дней ; ' дней • " . ' ' Получено сухой биомассы 32 г/растение .. Тираж 50 екз. Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м. Ужгород, вул. Гагаріна. 101 ( 0 3 1 2 2 ) 3 - 7 2- 8 9 ( 0 3 1 2 2 ) 2- 5 7 - 0 3 - Грунт рамы '6 см 11,2 см 16 см 20,1см 10,5 г/растение