Методы и материалы исследования

Научно-производствнную практику проходил в отделе охраны окружающей среды управления сельского хозяйства и охраны окружающей среды администрации Топкинского муниципального района с 19.01.2015 по 22.03.2015 г. За данный период ознакомился с законодательной базой, которую использует отдел охраны окружающей среды, ознакомился с обязанностями экологического отдела, а так же с должностными инструкциями, изучил проектную документацию по рекультивации нарушенных земель, изучил нормативные документы (ГОСТы), а также работал в архиве отдела охраны окружающей среды.

Перечень материалов, которое предоставило ведомственное учреждение:

Проект рекультивации ОАО «Шахта № 12» г. Киселевска.

Проект рекультивации нарушенного участка «Верхне-Саландинский» ООО «УК «Сибкоул».

Предварительные результаты исследования

Рекультивация ОАО «Шахта № 12» г. Киселевска

Характеристика района рекультивационных работ Поле ОАО «Шахта № 12» расположено в юго-восточной части Киселевского каменноугольного месторождения.

В административном отношении ОАО «Шахта № 12» находится в пределах городской черты г. Киселевска Кемеровской области.

Шахта граничит на севере с шахтой «Краснокаменская», на юге граница проходит по реке Суртаиха, на западе граничит с шахтой «Вахрушевуглестрой», на востоке граница проходит по Афонино-Киселевскому взбросу.

Поле шахты имеет форму неправильного четырехугольника, простирающегося с юга на север вдоль Западно-Сибирской железной дороги.

Поверхность участка представляет собой водораздел, ограниченный с юга р. Аба и р. Суртаиха и с севера логом Акчурла.

Промплощадка шахты расположена вне поля шахты (северо-восточнее восточной границы горного отвода шахты) и связана железной дорогой с железнодорожной магистралью МПС (Артамонов, 1984).

ОАО «Шахта № 12» ведет добычу угля подземным и открытым способами по пластам Мощный, Прокопьевский, Горелый. В связи с тем, что шахта ведет добычу угля подземным способом на горизонте +0 м провалы не выходят на поверхность. В настоящее время плановая добыча шахты составляет 450 тыс. тонн угля марки СС.

Порода из шахты выдается на промплощадку и автотранспортом вывозится в выемки участков открытых горных работ. Годовой объем горной породы из шахты составляет 20−26 тыс. м³.

Открытые горные работы по добыче угля ведутся на трех карьерных выемках, площади которых изменились по сравнению с данными межевания 2003 г.

Вскрышная порода в настоящее время складируется во внутренние отвалы, размещенные в собственных карьерных выемках.

На шахте ведутся работы по восстановлению нарушенной поверхности. С 1990 года по состоянию на 2006 год шахта выполнила рекультивацию на площади 108,5 га нарушенных земель, из них 4 участка общей площадью 96,71 га, прошедшие стадию биологической рекультивации приняты комиссией по актам. Остальная площадь находится в стадии биологической рекультивации.

Площадь нарушений земной поверхности в границах земельного отвода подлежащих рекультивации в ближайшие 11 лет, включая 2006 год составляет 111,8 га (Астанин, Благосколонов, 1984).

Природно-климатические условия района Город Киселевск расположен в предгорьях Салаирского кряжа, на юго-западной окраине Присалаирской части Кузнецкого угольного бассейна.

Рельеф района определяется возвышенностью «Тырган» и сетью мелких рек и представлен всхолмленной поверхностью в виде мелкосопочника с отметками высот +440 м с понижением на северо-восток до отметки +260 м (Зайцев, 1992).

В результате отработки угольных пластов верхнего горизонта (+250 м) с посадкой выработанного пространства методом обрушения, поверхность претерпела значительные изменения за счет образования большого количества провалов и участков оседания. Кроме того, в последние годы в районе широко практикуется добыча открытым способом оставшихся запасов мощных пластов. Все эти искусственные образования создали новый рельеф шахтного поля, отличающийся от первоначального значительной расчлененностью и практически полной нарушенностью естественного сложения (Казаков, 2009).

На Тырганской возвышенности берут начало реки Аба, Калзагай, Прямой Ускат, Тугай, Тайба, между которыми остаются пологие водоразделы, осложненные отдельными сопками «горелых пород».

Почвенный покров ненарушенных территорий района представлен черноземами выщелоченными и оподзоленными среднегумусными суглинистого механического состава.

Климат района резко континентальный с холодной продолжительной зимой и коротким жарким летом.

Период с устойчивым снежным покровом имеет продолжительность 160−170 дней с начала ноября до середины апреля. Господствующее направление ветров в районе юго-западное.

Средняя максимальная температура воздуха наиболее жаркого месяца (июля) +24,9 °С, средняя температура воздуха наиболее холодного месяца (января) — минус 17,2 °С.

В течение всего года в городе преобладает юго-западный перенос воздушных масс. Процент повторяемости юго-западных ветров в зимний период составляет 39%. Штилевые ситуации чаще всего наблюдаются в зимние месяцы (23−27%). Средняя скорость ветра 2−5 м/сек. Наибольшая скорость ветра наблюдается зимой. Сильные ветра (более 15 м/сек) бывают в пределах 30 дней в году (Клейма, 2011).

Расположение города на сравнительно открытой местности обуславливает сравнительно меньшую повторяемость туманов и инверсий (число дней с туманами — 20). Инверсионное состояние атмосферы в зимнее время года наблюдается в пределах 50% всех дней сезона.

Согласно письма ГУ Кемеровский ЦГМС № 3074 от 15.12.06 фоновые концентрации загрязняющих веществ в городе Киселевске в районе шахты № 12 имеют следующие значения:

• — взвешенные вещества — 0,3 мг/м³ (0,6 ПДК);
• — диоксид азота — 0,074 мг/м³ (0,37 ПДК);
• — диоксид серы — 0,020 мг/м³ (0,04 ПДК);
• — оксид углерода — 2,5 мг/м³ (0,50 ПДК).

Концентрация загрязняющих веществ в атмосферном воздухе в районе шахты по выше приведенным ингредиентам не превышает ПДК.

Почвенно-хозяйственная характеристика занимаемых земель и агрохимическая характеристика вскрышных пород По геоморфологическому районированию Кемеровской области территория относится к лесостепи Кузнецкой котловины.

По ботанико-географическому районированию данная территория относится к центральному лесостепному району Кузнецкой котловины.

Почвообразующими породами являются делювиальные суглинистые и глинистые отложения, элювий коренных пород. Делювиальные суглинки и глины характеризуются накоплением кремнекислоты, полуторных окислов и выносом оснований. Элювий коренных пород представлен первичными минералами — кварцем, калийными полевыми шпатами.

Район характеризуется на ненарушенных территориях сравнительно однородным почвенным покровом с преобладанием черноземов выщелоченных и оподзоленных среднегумусных суглинистого механического состава (Поляева, 2008).

Черноземы обладают высокой влагоемкостью. Кислотность в верхних горизонтах изменяется от 6 до 7 единиц рН, т. е. от близко к нейтральной до нейтральной. Они также имеют высокую сумму поглощенных оснований, среднее содержание подвижных форм фосфора и обменного калия. Содержание гумуса высокое. Запасы гумуса в верхнем 20 сантиметровом слое составляют 180 т/га.

По данным механического анализа черноземы сложены крупно-пылеватыми и иловато-крупнопылсватыми легкими глинами. Преобладающими фракциями являются фракции крупной пыли и ила.

По нижним выположенным частям склонов, днищам лощин формируются лугово-черноземные, луговые почвы, но они имеют ограниченное распространение.

Суглинки имеют в основном тяжелый механический состав, не засолены, кислотность грунтового раствора в пределах рН=5,5−7,3. Содержание усвояемых элементов питания для растений: азота — низкое, фосфора — низкое, калия — среднее. По пригодности для проведения биологического этапа рекультивации суглинки можно отнести к потенциально плодородным породам, требующим улучшения. Поэтому для создания оптимальных условий в первый период развития растений необходимо внесение азотно-фосфорных удобрений.

Углистые аргиллиты имеют органические, углистые вещества, которые повышают содержание азота до 1,25%. Выявлено повышенное содержание фосфора, гидролитическая кислотность 46,03 мг/100 г, подвижного алюминия 27,36 мг/100 г. Углистые аргиллиты имеют нейтральную реакцию, среднюю степень обеспеченности калием (Семайлова, 1999).

Алевролиты не засолены. Содержание органического вещества изменяется от 1,3 до 9,21%, обеспеченность подвижными формами калия средняя, обеспеченность подвижными формами фосфора высокая. Содержание пиритной серы 64−200 мг/100 г, сульфатной серы от 2 до 21 мг/100 г. По механическому составу представляют в основном глины и тяжелые суглинки.

Песчаники имеют содержание органического вещества несколько ниже, чем у суглинков от 1,7 до 4,93%. Гигроскопическая влага низкая. Содержание питательных элементов в песчаниках в основном низкое, общий азот 0,07−0,15%, выявлено высокое содержание фосфора, невысокая обеспеченность калием, невысокое содержание обменного натрия. Содержание пиритной серы колеблется от 32 до 200 мг/100 г, сульфатной серы 3−26 мг/100 г. Следовательно, песчаники не являются токсичными.

Коренные породы при обнажении быстро выветриваются. Их можно отнести к малопригодным, требующим улучшения.

Грунты отвалов по физическим и агрохимическим свойствам могут использоваться под лесонасаждения и посев многолетних трав с внесением азотно-фосфорных удобрений.

Основные положения по проекту Выбор направления рекультивации нарушенных земель произведен в соответствии с техническими условиями комитета по земельным ресурсам г. Киселевска, заданием на проектирование, актом полевого обследования, а так же с учетом местоположения земельных участков относительно селитебной территории и проведенной ранее рекультивации нарушенной поверхности. На рекультивированных участках успешно произрастают облепиха, береза сосна лиственница и довольно широкий ассортимент травянистой растительности (Смиронов, 1987).

Проектом предусматривается лесное направление рекультивации с посевом многолетних трав и посадкой древесно-кустарниковой растительности.

Технический этап рекультивации Основной задачей планировочных работ является создание ландшафта на нарушенной горными работами территории пригодного для лесонасаждений. Новый ландшафт должен удовлетворять ряду требований:

• — Инженерно-геологическая безопасность — отсутствие процессов, которые могли бы неблагоприятно повлиять на существующие или будущие объекты хозяйственной деятельности;
• — Экологическая приемлемость — отсутствие выделения вредных веществ в атмосферу, гидросферу;
• — Потребительская ценность — возможность использования возрожденного ландшафта для удовлетворения потребностей населения.

Технический этап рекультивации включает в себя следующие основные работы:

• — Размещение породы и шлака в выемке;
• — Террасирование террикона с предварительным понижением путем выполаживания;
• — Планировка платообразной поверхности внешних и внутренних отвалов; рекультивация земля вскрышный порода
• — Выполаживание откосов внешних отвалов;
• — Засыпка отрицательных форм рельефа (провалы, участки оседания земной поверхности);
• — Разработка суглинка для засыпки отрицательных форм рельефа и создания рекультивационного слоя;
• — Разработка глины для формирования изоляционных слоев.

Грубая планировка должна проводиться вслед за отсыпкой внутренних отвалов, засыпки отрицательных форм рельефа с целью создания условий для равномерной усадки породы. Проведение чистовой планировки должно осуществляться через год после отсыпки рекультивируемой площади, ликвидируя образующиеся в процессе усадки в течение года трещины и заколы (Солома, 1985).

Биологический этап рекультивации После проведения технического этапа настоящим проектом намечается выполнение биологического этапа рекультивации.

Целью биологической рекультивации является создание растительного покрова на рекультивируемых землях, восстановление плодородия отвальных грунтов, создание благоприятных условий среды, возвращение нарушенных земель землепользователям.

Проектом предусматривается лесное направление рекультивации озеленительного назначения.

Мероприятия по проведению биологического этапа рекультивации предусматриваются на объектах принятых к рекультивации после проведения технического этапа.

Таблица 1. Площади биологической рекультивации по направлениям рекультивации.

Технология посадки включает подготовку почвы, посадку, дополнение лесных культур и уход за ними. Уплотненные поверхности автомобильных отвалов, отсыпанных ранее, разрыхляются на глубину 60−70 см. Рыхление проводится при планировке поверхности навесным рыхлителем ДП-1С, в агрегате с трактором — бульдозером Т-170. После чего производится обработка поверхности дисковыми боронами. При рыхлом состоянии грунтов рыхление можно не производить (Тимофеев, 1995).

Для предотвращения эрозии грунтов и обогащения их элементами питания рекультивируемые площади одновременно с посадкой лесных культур засеваются бобовыми травами с одновременным внесением минеральных удобрений. Посев предусматривается проводить механизировано сеялкой СЗП-3,6. Сеялка агрегатируется с тракторами класса тяги 14 кН, например МТЗ-82К, который рекомендуется для работы в агрегате с прицепными сельскохозяйственными машинами на биологическом этапе рекультивации и для выполнения работ на склонах до 20°.

Лучшим временем посадки является весна. После схода снега и оттаивания грунта на глубину 35−40 см. При посадке необходимо соблюдать следующие требования:

• — Корневая система должна находиться во влажном состоянии;
• — При посадке в землю корневая система должна занимать естественное положение, нельзя допускать скручивания и загиба ее;
• — Для предохранения растений от вымерзания в малоснежные зимы следует проводить заглубленную посадку;
• — В августе-сентябре первого года посадки и на второй год следует дополнить лесными культурами вместо отпавших растений, кроме облепихи;

Облепиха, являясь быстрорастущим кустарником, способствует равномерному распределению снега по площади, что предохраняет сосну в первые годы от зимнего иссушения хвои. Благодаря контакту корневых систем с сосной обеспечивает ее азотным питанием, повышая энергию роста на 1−2 класса бонитета. Смешение этих пород в рядах, недопустимо, так как облепиха в первые годы затеняет и угнетает сосну. На 3−4 год облепиха начинает плодоносить, насаждения можно использовать для сбора ягод. Ко времени ее старения (15−20 лет) высота сосны достигает 7−9 м, образуется чистое сосновое насаждение, где облепиха и подавляется сосной.

Сосна обыкновенная имеет высокий мелиоративный эффект в предотвращении смыва почвы и уменьшении величины стока, фильтрует воду стока, а значит, снижает водную эрозию. Уже в трехлетнем возрасте культуры сосны обыкновенной способны уменьшать смыв с поверхности почвы в 2 раза (Тимошенко, 1997).

Для задернения поверхности рекультивируемых земель используется бобовая травосмесь, состоящая из люпина и люцерны.

Бобовые травы люпин и люцернаосновные мелиоранты грунтосмесей отвалов. Положительное влияние этих трав особенно сказывается в первые годы развития лесокультур на бедных почвах и продолжает проявляться в междурядных посевах в насаждениях более старшего возраста.

Люпин и люцерна с развитой корневой системой стержневого типа не только способствуют обогащению грунтосмесей азотными веществами, но и препятствуют дифляции почв, предохраняют неокрепшие саженцы от ветра и чрезмерного перегревания солнечными лучами, способствуют снегозадержанию, накоплению и равномерному распределению влаги в корнеобитаемой зоне.

Порядок проведения биологической рекультивации с посадкой древеснокустарниковых пород:

• — Рыхление грунта;
• — Обработка дисковыми боронами;
• — Предпосевное и послепосевное прикатывание;
• — Посев трав и внесение минеральных удобрений;
• — Посадка древесно-кустарниковых насаждений механизировано (80%) и вручную под меч Колесова (20%).

Таблица 2. Технико-экономические показатели проекта.