Плюсы и минусы затопления карьеров
(печатается с сокращением)
Затопленные карьеры – настоящее наследие промышленной добычи открытого типа. Несмотря на то, что к этому подходу начали прибегать достаточно давно, как показывает время, вариант затопления при планировании рекультивации карьера начинает прорабатываться (если вообще прорабатывается) на самых поздних этапах эксплуатации объекта, когда круг оставшихся вариантов ограничен. Таким образом следствием халатности и невнимательности к составлению проектов закрытия горнодобывающих предприятий стали тысячи заброшенных, нерекультивированных карьеров, и разбросанных по всему миру – затопленных или частично затопленных.
Риски при затоплении карьера в основном связаны с долгосрочным использованием участка после прекращения добычи, следовательно, и подходить к анализу проблемы и изменению ее характера надо с дальним прицелом. Тем не менее существуют в данном случае и вполне краткосрочные угрозы.
ПОНИМАНИЕ РИСКОВ
Проект затопления карьера, как правило, должен соответствовать требованиям общего порядка, объект быть «безопасным» и «не загрязняющим окружающую среду», а также согласовываться с целями, определенными в плане закрытия объекта горнодобывающей деятельности. В мире, однако, растет число стран и отдельных регионов, которые устанавливают специальные нормы, регулирующие такой подход к рекультивации.
Как и любая другая крупная форма ландшафта, нерекультивированные (либо недостаточно эффективно рекультивированные) затопленные карьеры могут представлять определенные угрозы.
Безопасность
Данный аспект может касаться как людей, так и животных, проживающих в районе затопленного карьера. Безопасность обеспечивается путем проведения качественных рекультивационных работ или ограничением доступа к границам карьера, о чем в процессе планирования закрытия объекта зачастую забывают.
Опасность падения или утопления могут представлять излишне крутые стенки карьера, расположенные под поверхностью воды и над нею; эти риски должны быть обязательно учтены относительно перспективы отказа от права на участок. Вариант обнесения карьера изгородью с целью предотвращения доступа к нему не всегда целесообразен из-за большой площади объекта. В равной степени обслуживание такого защитного ограждения возлагает необоснованные и неосуществимые обязательства на плечи следующего владельца участка.
Устойчивость бортов затопленного карьера – задача геотехническая, и при ее решении следует учитывать влияние таких факторов, как давление грунтовых вод (в том числе сезонные или иные колебания этого показателя), характер прилегающих форм ландшафта, в частности отвалов пустой породы.
Эрозия
Проблема эрозии характера для затопленных карьеров с активными поверхностными водами. Высока вероятность размытия береговой линии, особенно если рядом с границей объекта проходят дороги или находятся другие элементы инфраструктуры. Повышенная эрозия может также привести к возникновению сложностей с обеспечением безопасности, предотвращением загрязнения окружающей среды, достижением целей рекультивации. Начальной точкой решения вопроса размывания берега затопленного карьера может стать гидродинамическое моделирование переноса отложений предполагаемого берегового уклона.
Загрязнение окружающей среды и качество воды
Относительно рекультивации потенциальный риск загрязнения связан с тем ущербом окружающей среде, который могут нанести воды затопленного карьера. Как правило, наибольшие опасения касательно качества воды вызывают низкий уровень pH, повышенная концентрация солей и металлов.
В долгосрочной перспективе спрогнозировать эти показатели можно посредством моделирования водохозяйственного баланса и качества воды. Однако применения общих мер по определению эффективности рекультивации может оказаться недостаточно с точки зрения создания искусственной или естественной водной среды.
Более того, в процессе моделирования долгосрочного развития условий может потребоваться расширить область анализа стратификации водных толщ и других комплексных динамических явлений, например, притока поверхностной воды. Устойчивость окружающей среды – главный и не зависящий от предполагаемого способа использования затопленного карьера критерий, которому должны соответствовать краткосрочные и долгосрочные цели рекультивации.
Устойчивость окружающей среды и целевое использование
В контексте устойчивости окружающей среды как универсальной, не относящийся к определенному поколению ценности, затопленный карьер представляет собой динамически изменяющуюся форму ландшафта. Качество воды в нем может периодически колебаться, без скатывания в некоторое равновесное состояние. Фактор непрерывности изменений должен непременно учитываться при подготовке плана рекультивации объекта, поскольку они несут с собой и риски, и возможности. Так, в краткосрочной перспективе качество воды может оказаться вполне приемлемым для диких животных, вне зависимости от того, было ли учтен данный фактор в плане или нет. В то же время если рассматриваемый показатель представляет угрозу местной фауне – напрямую или косвенно через пищевую цепочку (например, вода может содержать сублетальные концентрации аккумулирующихся в естественной среде элементов) – рассчитывать на подобное использование затопленного карьера вряд ли стоит.
С другой стороны, краткосрочные возможности, которые появляются, если качество воды вполне удовлетворительное, в конечном счете в случае его ухудшения утрачиваются. В этом смысле объект, вероятно, перестает соответствовать понятию устойчивости окружающей среды, пусть вся работа по нему и была проведена согласно с первоначальными задачами и требованиям рекультивационного проекта. Значение имеет состояние не только в ближней перспективе, но и в будущем [McCullough, 2016].
Невозможность отказа от права на объект
Возникновение любой из рассмотренных выше угроз может стать препятствием к отказу от права на затопленный карьер, что налагает дополнительные постоянные расходы на его обслуживание. Кроме того, владелец объект в таком случае в будущем может ожидать более строгого отношения к себе со стороны органов власти, сложностей с получением и сохранением социальной лицензии.
Потеря социальной лицензии на работу
Даже если владельцу участка с затопленным карьером удалось отказаться от прав на объект, неспособность принять адекватные меры по предотвращению рассматриваемых рисков может привести к потере социальной лицензии на работу, при этом вся связанные с карьером и его рекультивацией обязанности лягут на плечи местных жителей, властей и других сторон.
УСТРАНЕНИЕ РИСКОВ
Поиск эффективных способов устранения рисков определяется пониманием угроз, которые может представлять затопленный карьер, выявлением вероятности возникновения и степени рисков, пробелов в имеющейся информации и данных.
Заблаговременное планирование
При составлении любого качественного рекультивационного плана проработка конечной формы ландшафта начинается заблаговременно. Проект затопления карьера должен отталкиваться от возможных способов использования участка после прекращения добычи, определяющих цели рекультивации. Затопление должно иметь четкие обоснования и критерии [McCullough et al, 2018], которыми необходимо руководствовать на протяжении всего процесса, начиная с момента закрытия предприятия и запуска проекта рекультивации. Для выявления и постановки целей работы следует в первую очередь обсудить наиболее очевидные способы использования участка с заинтересованными сторонами.
Не следует отдавать приоритет планированию наземных форм ландшафта в ущерб разработке самого процесса затопления карьера, даже если регулирующий орган старается обратить на это особое внимание. Должно иметься отчетливое понимание, на что будет похож объект после затопления, иначе можно упустить возможности, способные облегчить и повысить эффективность рекультивации.
Засыпка – не единственный вариант
Участвующие и заинтересованные в рекультивации стороны могут предложить произвести засыпку затопленного карьера, даже несмотря на то, что это не всегда практично (например, из-за низкого соотношения пустой породы к ценному материалу на многих предприятиях по добыче угля и железной руды) и рентабельно. Чем больше на объекте пустот и свободного пространства, тем ниже риски, связанные с этим вариантом.
Профессиональное взаимодействие
Важнейшую роль в подготовке качественно плана затопления карьера может сыграть проведение целевых междисциплинарных исследований, сотрудничество специалистов различных областей. Эффективное планирование всегда является результатом деятельности множества людей разного профиля: экспертов по поверхностным и грунтовым водам, специалистов по связям, юристов, инженеров-геотехников, строителей и проектировщиков, экологов, экотоксикологов и т.д. Комплексный междисциплинарный подход к вопросу затопления карьера даст качественную разницу при рекультивации.
Все внимание качеству воды
Основные риски, сопутствующие затоплению карьеров, связаны с качеством воды. План рекультивации должен быть рассчитан на улучшение этого показателя либо по крайней мере предотвращение его ухудшения. Если ничего не помогает, можно установить очистные системы, которые в определенных ситуациях способны повысить качество воды и привести его в соответствие с нормативными требованиями.
Кроме рисков есть и возможности
Следует ориентироваться на долгосрочные, запланированные и незапланированное возможности использования затопленного карьера в конкретном регионе [McCullough et al, 2018]. Кроме потенциальных рисков, связанных с размерами, зачастую низким качеством воды и т.д., объекты такого типа предлагают различные варианты полезного использования на благо местных жителей, горнодобывающей компании и окружающей среды.
Местные жители нередко проявляют живой интерес к использованию затопленного карьера, поэтому если подобные намерения у населения возникают, их следует как можно раньше рассмотреть и учесть. Итак, затопленный карьер может использоваться для:
- купания, плавания, дайвинга, катания на лодке;
- проведения таких мероприятий, как экскурсии, походы, велосипедные прогулки;
- создания места обитания диких животных и рыбы;
- очистки вод с других закрытых или действующих объектов добычи;
- источника водных ресурсов для сырьевых отраслей промышленности и борьбы с наводнениями.
Рассмотренные выше угрозы занимают все более значимое место при подготовке руководящих документов по закрытию объектов горнодобывающей деятельности, рекомендации касательно изучения возможности затопления карьеров в процессе планировании рекультивационных работ приводятся, например, в последних инструкциях, опубликованных в Австралии и других стран мира.
Источник
Использование карьерные выемок после прекращения и их эксплуатация
Наибольший интерес для ландшафтной архитектуры представляет использование в рекреационных целях карьерных выемок путём их обводнения.
В результате добычи полезных ископаемых и минерального сырья, земли нарушаются карьерными выработками, достигающими глубины 100 м. В зависимости от положения дна карьера относительно залегания подземных вод он бывает обводненным или сухим. Добываемый в сухих карьерах материал, обычно разрабатывают землеройными машинами. А в обводненных чаще используют землесосные снаряды, грейферные экскаваторы, драглайны, канатно-ковшовые и канатно-скреперные установки.
Обводненные карьерные выемки после прекращения их эксплуатации используют под водоемы многоцелевого назначения, сухие — под площадки для строительства, пашни, пастбища, лесонасаждения и т. д. Любой затопленный карьер можно превратить в среду обитания животных и растений и в прекрасное место отдыха. Затопленные карьеры, выемку грунта в которых вели без надлежащего контроля, будучи заброшенными, представляют собой опасность, и их интеграция в ландшафт силами самой природы происходит чрезвычайно медленно. Рекультивация и обустройство затопленных карьеров ускоряют этот процесс. Грунтовую воду в затопленных карьерах можно считать безупречной с санитарной точки зрения, после завершения выемки грунта она переходит в разряд поверхностных или озерных вод.
При рекультивации и обустройстве обводненных карьеров, следует руководствоваться тем, что при производстве выемки грунта необходимо создание ровного и плоского дна. А для того, чтобы впоследствии водоем можно было использовать длительное время без значительного ухудшения качества воды, его минимальная глубина должна составлять не менее 2 м при минимальном сезонном уровне колебания воды. Мелкие водоемы быстро загрязняются и зарастают водными растениями, становясь непригодными для использования. Чем больше размеры карьера, тем больше возможностей для последующего использования его как водоема. В небольших водоемах, образовавшихся в карьерах площадью до 3 га, наиболее вероятен экологический дисбаланс, и их рекультивация менее эффективна по сравнению с рекультивацией водоемов, образуемых в крупных карьерах.
Обустройство и формирование ландшафта будущего водоема зависят от придаваемой в плане формы карьерной выработки и уровня залегания грунтовых вод. Из условий производства работ по добыче грунтового материала карьерам стараются придать в плане, как правило, прямоугольную форму с соотношением сторон L = 2В, где L и В — длина и ширина карьера, с отведением по его периметру полосы земли для складирования в кавальерах вскрышного слоя почвы и защиты соседних земельных участков. При глубоком залегании уровня грунтовых вод после выемки грунта в таких карьерах образуются высокие и сухие склоны, недостаточно устойчивые к эрозионным процессам. Внешний вид склонов и форма их очертания плохо удовлетворяют условиям формирования ландшафта водоема. После завершения работ в таких карьерах необходимы устройство плавных сопряженных плоскостей откосов и горизонтов выработки с естественной поверхностью земли и придание овальных форм береговой линии (рис1).
Рисунок 1. Карьерные разработки: а – форма разработки карьера в плане (прямоугольная); б – формирование извилистой береговой линии при выемке грунта в карьере
Очертание откосов карьеров определяется их устойчивостью и возможностью использования выработанного пространства в качестве искусственного водоема. Для обеспечения устойчивости берегов водоема необходимо создание пологих склонов. Крутые склоны менее устойчивы и более подвержены эрозионным процессам, затруднено их озеленение, что препятствует интеграции карьера в структуру ландшафта. Пологие склоны создают в процессе выемки грунта в карьере. Любая доработка по превращению крутых откосов в пологие после окончания работ в карьере значительно дороже. Особенно трудно дорабатывать пологие склоны ниже уровня воды. На форму очертания откосов карьера также влияет запланированное целевое использование его как водоема; например, для водоемов, предназначенных для купания и отдыха, рекомендуется создавать более пологие склоны по сравнению с водоемами, используемыми для рыбной ловли, гребнопарусного спорта или другого назначения. Возможные профили склонов искусственных водоемов в карьерах показаны на рисунке 2.
На границе водного пространства склоны должны быть особенно пологими, чтобы предотвратить несчастные случаи на воде и обеспечить развитие растительности, служащей для укрепления берегов. Крутизна берега в этом месте должна быть не менее т = З — 10 на расстоянии не менее 1,5 — 2 м от минимального уровня воды в зависимости от целевого назначения всего водоема или его части. На большей глубине склоны могут иметь большую крутизну, оставаясь устойчивыми длительное время. Выше уровня воды береговой склон переходит в берму, устраиваемую шириной не менее 3 м на высоте не менее 1 м над максимальным уровнем воды, которую затем сопрягают с естественной поверхностью земли.
По условиям производства работ в глубоких карьерах откосы, как правило, выполняют более крутыми, с заложением т = 1,5 — 2. В таких карьерах откосы, расположенные выше уреза воды, как правило, сухие, а при заложении т = 2 и более устойчивы по сравнению с откосами, имеющими заложение т = 1,5 и менее, при отсутствии на них сплошной древесной растительности. Поэтому откосы в глубоких карьерах, расположенные выше уреза воды, должны иметь заложение т = 2 и более, а при большой протяженности их прерывают бермами шириной не менее 3 м через каждые 5 м по высоте склона. Верхние края выемок на всех склонах округляют для плавного перехода в естественную поверхность земли. Склоны, которым придана окончательная форма, покрывают слоем почвенного грунта, снятым перед началом разработки карьера, толщиной не менее 0,15 м. Почвенным грунтом покрывают и подводные склоны в местах высадки водной растительности. После завершения формирования откосов и нанесения на них почвенного слоя проводят работы по озеленению с целью укрепления откосов (посадка растительности на линии уровня воды, а также и на высоких крутых склонах).
Рисунок 2. Возможные профили склонов искусственных водоёмов, образуемых в карьерах (размеры в м): а и б — высокий и невысокий надводные склоны выработки; в — мелководный участок с подводным уступом и невысоким надводным склоном; г-песчаный пляж; 1 — уровень воды в водоёме; 2 — берма с окружной дорогой; 3 — промежуточная берма; 4 — плавное сопряжение склона с рельефом местности
В противном случае возможны: эрозия и разрушение откосов под ударами волн. Фрагмент рекультивации и обустройства водоема, образованного в карьере, показан на рисунке 3.
Рисунок 3. Водоём в карьере после проведения рекультивации и обустройства территории: 1 — акватория водоёма; 2 — залужение; 3 — древесно-кустарноковая растительность
При выемке грунта в карьерах землесосными снарядами образуются крутые откосы с заложением, равным откосам естественного обрушения. Формирование береговых откосов проектных размеров и заложения землесосными снарядами практически невозможно. Поэтому при формировании откосов проектных размеров с учетом последующего использования выработанного пространства в качестве водоема грунт в береговой зоне вынимают экскаваторами, перемещая пригодный грунт в зону последующей разработки части карьера землесосными снарядами (рис.4).
При выемке грунта в карьере экскаваторами можно получить береговые откосы практически любых размеров и заложения.
Рисунок 4. Формирование пологих береговых откосов при выемке грунта землесосами в мокрых карьерах: а — формирование пологого откоса экскаватором; б — нанесение почвенного грунта перед повышением уровня воды; 1 — форми-руемый пологий откос; 2 — уровень грунтовых вод; 3 — вынутый минеральный грунт при формировании пологого откоса экскаватором; 4 — экскаватор; 5 — временный кавальер почвенного грунта; 6 — бульдозер; 7 — частичное понижение уровня грунтовых вод в пределах забоя экскаватора; 8 — нанесение слоя почвенного грунта на сформированный откос; 9 — часть грунтового массива, разрабатываемого земснарядом.
Деревья и кустарники, водные растения и тростник способствуют восстановлению полноценной и стабильной природной среды и обеспечивают долговременную защиту берегов и откосов от разрушения. Правильное расположение растительного покрова способствует поддержанию чистоты воды в водоеме и достижению живописного и разнообразного пространственного расчленения прибрежной территории. Примеры возможного озеленения искусственных водоемов показаны на рисунке 5.
Рисунок 5. Примеры закрепления береговых склонов искусственных водоёмов озеленением: а, б и в — рекультивация неглубоких, средней глубины и глубоких карьеров; 1 — тростник; 2 — дернина; 3 — ивняк; 4 — отдельные деревья, 5 — древесно-кустарниковые насаждения.
После завершения мокрой выемки грунта и проведения работ по рекультивации и обустройству карьер превращается в непроточный водоем искусственного происхождения. В зависимости от сезонного колебания уровня воды в искусственных водоемах и размеров береговых склонов можно выделить четыре пояса, характеризующиеся различными условиями для развития растительности.
Подводный пояс — часть берегового склона, постоянно покрытая водой.
Пояс переменного уровня — часть берегового склона, периодически затопляемая водой водоема. Степень увлажненности почв в этом поясе меняется в зависимости от сезонного колебания воды в водоеме и наката волн.
Первый надводный пояс — часть берегового склона, расположенная выше максимального уровня воды в водоеме, почвы которого недосягаемы воздействию наката волн, но находятся под влиянием воздействия капиллярного поднятия грунтовых вод.
Второй надводный пояс — часть берегового склона, расположенная выше первого надводного пояса, почвы которого недосягаемы воздействию грунтовых вод. Размеры каждого из поясов определяются природными условиями конкретного объекта рекультивации. Особое внимание при выполнении работ по закреплению береговых склонов карьера озеленением необходимо придавать формированию растительного покрова в поясе переменного уровня воды, так как эта зона наиболее подвержена воздействию волн. Озеленение в этой зоне выполняют, применяя специальные методы формирования ландшафта, создавая в первую очередь полосу тростника в прибрежной зоне, которая обеспечивает требуемую естественную защиту берега, создает условия для биологической регенерации водоема и формирует среду обитания для водоплавающих и болотных птиц. Ширина тростниковой полосы зависит от крутизны берегового склона. Более широкую полосу тростника формируют на пологих склонах. На крутых подводных откосах тростник выращивают на узкой полосе. Как правило, при создании защитной зоны из тростника растения высаживают на узкой прибрежной полосе у кромки воды, откуда тростник распространяется в обе стороны, но более интенсивно в сторону воды.
Часть берегового склона, расположенную выше уровня воды, закрепляют инженерно-биологическим способом — укладкой хворостяных прутьев в виде выстилок с последующей присыпкой слоем почвенного грунта. Впоследствии хворостяные прутья, находясь в зоне действия грунтовых и поверхностных вод, прорастают, образуя заросли прибрежного ивняка. Береговой склон, расположенный выше зоны прибрежного ивняка, крепят залужением — посевом трав по слою нанесенного по верху склона почвенного грунта и посадкой отдельных деревьев. При недостаточном количестве питательных веществ в почвах, образованных после разработки песчаных и гравийных карьеров, низкое расположение уровня грунтовых вод ограничивает выбор видового состава. В качестве посадочного материала используют саженцы дуба и березы. Водой в этом поясе растения снабжаются лишь за счет поверхностных вод атмосферных осадков.
Наиболее трудно озеленять терриконы и золоотвалы. Устройство защитных посадок на терриконах возможно только на старых отвалах, на которых поверхностный слой породы со временем подвергался выветриванию и эрозии, а образовавшаяся мелкая зола постепенно превращалась в почву слоем от 5 до 20 см.
Первый этап освоения поверхности терриконов — создание зернотравянистого покрова, способного оказывать влияние на почвообразовательный процесс, предотвращать пыление и вымывание мелких частиц. Посев корневищных и дерновинных многолетних злаков (пырей бескорневищный, мятлик живородящий, ковыль, степная овсяница и др.) должен производиться при предварительной планировке склонов с добавлением питательной почвы, с обязательным прикатыванием и последующим поливом для обеспечения нормального роста злаков с первых дней.
Для древесно-кустарниковых посадок рекомендуются газоустойчивые породы, так как в районах терриконов и шахт происходит газовыделение, в том числе сернистых газов, наиболее отрицательно действующих на растения. Так, в районе г. Шахты Ростовской области наиболее устойчивыми считаются акация белая, клен ясенелистный, тополь канадский, акация желтая, бирючина, лох серебристый, тамарикс. Эти породы обладают разнообразными декоративными качествами и дают возможность создавать красочные композиции из растительности на склонах отвалов. Ввиду крайне неблагоприятных условий для роста древесных и кустарниковых пород посадку растений следует производить в оптимальные сроки с соблюдением всех агротехнических требований и с обязательным поливом. Порода террикона влагопроницаема и поэтому произрастание растений возможно только при условии искусственного орошения. Иногда для полива можно использовать воду, откачиваемую из шахт. Посадка деревьев и кустарников должна производиться в ямки, заполненные на 50% верхним слоем мелкозема из террикона. Желательно добавлять гашеную известь для нейтрализации и связывания имеющихся в почве кислот и ангидридов, содержащих серу.
Особенно неприглядны обширные площади золоотвалов, достигающие десятки и сотни гектаров. Эти «индустриальные пустыни», состоящие из мельчайших частиц золы, образуются при сжигании угля на тепловых электростанциях. Даже при небольшом ветре на золоотвалах поднимаются тучи пыли, и ветер разносит её на большие расстояния. Озеленение таких участков — задача первостепенной важности, так как самозарастания, как правило, в первые 5 лет не бывает.
При восстановлении нарушенных земель наиболее трудоемкий процесс рекультивации — первичная планировка пород на отвалах. Широкое применение веерной отсыпки пород на верхнем ярусе отвала позволяет в 3 раза уменьшить объемы планировочных работ. При бестранспортной системе разработки схемы веерного отвалообразования однако не нашли широкого применения. На отдельных разрезах применяют схемы частичной веерной отсыпки, увеличивая тем самым объемы первичной планировки поверхности отвалов относительно технологически возможной.
Для предприятий отрасли разработаны технологические схемы сплошного веерного отвалообразования на всю ширину экскаваторной заходки с учетом факторов, влияющих на предельную высоту вскрышного уступа. Установлены области применения сплошной веерной отсыпки пород драглайнами. Разработаны предварительные требования к технологии горных работ по охране земельных ресурсов при отработке горизонтальных, пологах, наклонных и крутопадающих месторождений, позволяющие уменьшить земельные отводы под внешние отвалы на 35—50% за счет изменения порядка и последовательности отработки поля разреза.
На горизонтальных и пологих месторождениях полезных ископаемых отработку запасов рекомендуется вести двумя этапами с переходом во втором этапе на вскрытие засыпной галереей (тоннелем). На нервом этапе освоения запасов разреза отработка полезного ископаемого производится по поперечной-однобортовой системе разработки с минимальным фронтом работ в 500—700 м. На втором этапе доработка запасов производится по однобортовой системе разработки. Отвалообразование внутреннее, направление фронта отвальных работ аналогичное вскрышному.
Отработку наклонных и крутых залежей рекомендовано производить блоками. На первом этапе работ интенсивно отрабатывается первый блок до проектной глубины с внешним отвалообразованием. На втором этапе вскрышные породы размещаются в выработанном пространстве первого отвального блока. Количество блоков зависит от протяженности месторождения и принятой проектом длины блока. Отработанные вскрышные породы последующих блоков транспортируются и размещаются в выработанном пространстве предшествующих блоков. Переход разрезов с цикличной технологии на циклично-поточную или поточную расширяет область применения отработки запасов полезных ископаемых блоками.
При освоении пологих, наклонных и крутопадающих месторождений вскрышные породы отрабатываются по системе разработки с группированием уступов, обеспечивающей перераспределение части вскрышных пород на последующие периоды горных работ.
Источник
