Материал: Обґрунтування раціональної технологічної схеми гірничотехнічної рекультивації залишкових вироблених просторів кар’єру з урахуванням екологічних проблем регіону

В умовах ринкової економіки Україна повинна мати ефективну політику щодо управління своїми національними багатствами. До одних з таких багатств відносяться земельні ресурси. Діюча державна система управління земельними ресурсами України на міжнародному, національному, регіональному рівнях потребує удосконалення. Недбале ставлення до земельних ресурсів, як до об’єкту формування капіталу, знаряддя праці та засобу виробництва, призводить до зменшення майбутнього доходу держави та економічних, соціальних, екологічних благ населення країни.

Головним питанням сьогодення залишається питання відновлення відпрацьованих земель гірничодобувними підприємствами області, тобто доведення їх до стану придатного до подальшого використання.

Землі, що підлягають експлуатації, втрачають первісну вартість майже на кожному технологічному етапі розробки корисних копалин. Первісна та остаточна вартість земельної ділянки не відповідає за основними показниками стану реальній ринковій вартості, і в залежності від комплексу факторів є завищеною, або навпаки - нижче реальної вартості.

На території Донецької області державний баланс нараховує 939 родовищ копалин загальнодержавного і місцевого значення за 32 видами мінеральної сировини. На період 01.01.09 р. на території області експлуатується 412 родовищ корисних копалин за 22 видами мінеральної сировини. Мінерально-сировинна база складається з 52,2% паливних корисних копалин (кам’яне вугілля, метан вугільних родовищ), 22% з нерудних родовищ корисних копалин (будівельні матеріали), 14,8% з питних, технічних і мінеральних підземних вод, останнє (близько11%) - гірничо-хімічна сировина і руди рідкоземельних металів. Питома вага природно-ресурсного потенціалу Донецької області має наступний вигляд: 72,77% - мінеральні ресурси, 16,80% - земельні, 5,03% - рекреаційні, 4,84% - водні, 0,44% - лісові, 0,12% - фауністичні. Земля, як один з головних компонентів ресурсного потенціалу, займає першочергове місце у 19 областях України та Автономній Республіці Крим, другорядне - у Дніпропетровській, Донецькій, Івано-Франківській, Луганській областях і лише у Закарпатській області - третє місце.

Відкритий видобуток корисних копалин є одним з видів негативного антропогенного впливу на стан навколишнього природного середовища. Саме ця діяльність пов’язана з тривалим навантаженням на земельно-ресурсний потенціал областей на техніко-економічний аналіз.

Протягом останніх 5 років видобувні підприємства України вели видобуток за 18 видами корисних копалин на 72 родовищах. За цей період в Україні спостерігається збільшення обсягів видобутку корисних копалин за основними видами сировини. Наприклад, видобуток вогнетривких і тугоплавких глин збільшився в 2008 р. з 3,6 млн. тон до 5,4 млн. тон. Майже 90,6% (249 432,2 тис. т) сумарного балансу запасів родовищ вогнетривких глин України, що розробляються, розташовані в Донецькій області, 6,06%, Запорізькій 3,34% та (1191,4 тис. т) в Дніпропетровській областях. [1]. У 2009 році в Донецькій області видобуток вогнетривкої глини склав 5450,5 тис. т, порівняно з загальним обсягом у державі 5678,7 тис. т, а саме Донецька область забезпечила видобуток на 95,98%. [1]. На 01.01.2010 р [1] державним балансом запасів корисних копалин України нараховується 22 об’єкти обліку родовищ глини. До Державного Фонду родовищ входить 22 родовища, чотирнадцять з них розробляються, решта 8 - не розробляються. До родовищ, що розробляються, в Донецькій області відносяться: Андріївське, Дослідне, Західно-донське, Кучерів’ярське, Новоолексіївське (Веселівське), Новорайське, Ново-Швейцарське, Октябрське, Отрадівське, Південно-Октябрське, Торецьке, Часівоярське. Сумарні балансові запаси родовищ вогнетривкої глини України, що не розробляються, складають 225116,4 тис. т, з них 102769,4 тис. т (45,7%) розташовані в Донецькій області (Видне і Затишанське родовища). Виходячи з цих даних можна спостерігати що відновлення земель майже не виконується.

За даними на період 2010 року у Дніпропетровській області нараховувалося відпрацьованих земель площею майже 77Га, а рекультивованих майже 114 га (рис 1.1.)

Рис.1.1 Діаграма стану земель порушених і рекультивованих у Дніпропетровській області на період з 2007 по 2010 роки

За даною діаграмою стану порушених і рекультивованих земель динаміка росту відпрацьованих земель з періоду 2007 по 2008 зросла на 36,6%, а рекультивованих земель зросла лише на 14%, в період з 2008 по 2009 рік ріст відпрацьованих земель порівняно з 2008 року знизився на 40%, а також на цей період знижується площі рекультивованої землі з 2009 році порівняно з 2008 роком на 36%, на період з 2009 по 2010 площі відпрацьованих земель порівняно з 2009 роком знизились на 11%, а площі рекультивованих земель майже 50%.

Ці дані вказують на не достатній рівень виконання робіт з рекультивації і відновлення площ порушених земель після закінчення експлуатаційного періоду кар’єру. За даними Міністерства екології, на сьогодні в Україні знаходяться приблизно 35 млрд. тонн відходів. Близько 7% з них - токсичні. Майже 4% території України заняті побутовими та будівельними відходами. У державі існує приблизно 800 офіційних звалищ, де зберігається 350 млн. кубометрів відходів, що становить майже 50 тис. тонн на 1 квадратний кілометр і це є високим показником у світі. Відходами на сьогоднішній день зайнято близько 160 тис. га земель.

Щорічно їх об'єм зростає на 15-20%, а звалищ, заводів з переробки в Україні не вистачає. Більшість офіційних звалищ в Україні переповненні. І нові стихійні звалища зростають - в лісосмугах на полях, та навіть в містах у спальних районах міст. За останні роки відходи в Україні практично не перероблювалися, а накопичувалися на всій території країни.

Щорічно середньостатистичний українець викидає на смітник приблизно 250 кг побутових відходів. З цих 250кг мінімум 50кг можна відправити не на звалище, а на пункт прийому вторинної сировини. Якщо б так вчиняв кожен українець, то кількість твердих побутових відходів скоротилася б на 10 млн. кубометрів. Екологічну ситуацію в Україні слід визнати катастрофічної.

Вся собівартість комплексного застосування в Україні нових технологій збору твердих побутових відходів, будівництво об’єктів з сортування і утилізації, а також нових регіональних полігонів оцінюється спеціалістами в 16 млрд. USD.

В Україні, немає ні одного успішного цілісного проекту, що стосується міських звалищ, який дозволив би з високою ефективністю здійснювати управління міськими відходами.

В деяких великих містах України існує ідентичні проекти розвитку направлення у сфері поведінки з твердими побутовими відходами, але вони поки що мало ефективні.

На Дніпропетровщині, питання щодо збору, складування і утилізації відходів за останні десятки років набуває катастрофічного стану. За останні 4 роки щорічно 20% з 400 тисяч тонн побутового і будівельного сміття не потрапляють на полігони Дніпропетровська, а викидалися серед лісосмуг та за територію жилих масивів, що створили стихійній звалища, що в результаті займають в середньому десятки гектарів земель відведених під сільськогосподарське використання і цивільне будівництво.

Зображення місць знаходження в Україні 22 найбільших полігону твердих побутових та будівельних відходів (рис. 1.2). [2]

Рис 1.2. Карта України. Розташування найбільших полігоні по регіонам.

Київ: 1-.Полігон на Жуковому острові; 2 - Полігон в Горбачиха і у водозахисній дамбі; 3 - Полігон твердих побутових відходів №5 в с. Подгорци Обухівського району; 4 - Звалище на Сирці.

Харьків: 5 - Деграчівський полігон ТБО; 6 - Звалище біля Української Академії Державного управління; 7 - Звалище в кар’єрі біля с.Кулиничі; 8 - Звалище біля Журавлевського гідропарку; 9 - Полігон біля Донецького городища.

Днепропетровськ:10 - Полігон твердих побутових відходів у с. Кулебівка; 11 - Звалище у центрі міста ( район Мост-Сити Центр). 12 - Свалка твердих побутових відходів в районі Павлограда.

Донецьк: 13 - Ларинський полігон твердих побутових відходів селище (Ларіно); 14 - Свалки в лісопарковій зоні Донецька (Ворошиловський р-н); 15 - Радіоктивних звалищ біля м. Константиновка.

Одеса:16 - Міське звалище Одеси; 17 - Смітник на пляжі «Отрада».

Крим: 18 - Міське звалище Ялти; 19 - Полігон твердих побутових відходів в Сакскому районі.

Миколаїв: 20 - Миколаївський полігон твердих побутових відходів (с. Велика Корениха).

Тернопіль: 21 - Міське звалище (с. Малишівка Зборовського р-на).

Львів: 22. Міське звалище(селище Грибовичі).

На даних звалищах вже накопилося майже 30 млрд. тонн відходів, які займають близько 200 тисяч гектарів, що свідчить про погрозу екологічній ситуації в країні.

На даний час перед Україною постала важлива національна задача - створення інфраструктури утилізації і рециклінга відходів. Із-за ситуації, яка склалася в України, не варто сподіватися на інвестицій від іноземних компаній, а за підрахунками Мінрегіонбуд країні необхідно 160 млрд. грн. для першочергового фінансування і вирішення екологічної проблеми для створення і налагодження інфраструктури утилізації відходів.

В продовж трьох років владою України об’єми фінансування для рішення проблеми накопичення відходів збільшилися, тим самим з питання утилізації відходів почергово приймаються міри, хоча з значним відставанням.

В містах України за попереднім розділом аналізу існує велика кількість діючих і відпрацьованих кар’єрів, в яких можна розмістити накопичені об’єми відходів. Використовуючи певні технологічні схеми гірничотехнічної рекультивації кар’єрів, існуючи проекти утилізації відходів та будівництва полігонів, на Дніпропетровській області та України, дає можливість комплексно вирішити екологічні проблеми шляхом використання будівельних відходів як закладний матеріал для рекультивації залишеного виробленого простору кар’єру.

1.2 Аналіз науково-технічної літератури по темі магістерської роботи

Питання підвищення якості рекультиваційних робіт земель, які порушені безпосередньо відкритою розробкою родовища корисних копалин, є на сьогоднішній день пріоритетним і потребує детального розгляду результатів відомих науково дослідних робіт для пошуку нових методів і технологій рекультивації.

Одною із робіт в галузі відновлення земель порушених відкритими гірничими роботами є робота В.Д. Горлов [3] в якості основних заходів при виробництві гірничих робіт на зменшення порушеного ландшафту приводить рішення питань розкриву, системи розробки, схеми відвалоутворення з урахуванням рекультиваційних робіт, засипку розкривними породами гірничих виробок в процесі їх формування, селективне формування відвалів розкривних порід ведення гірничих робіт з урахуванням мінімального порушення природного середовища. В якості одного із основних способів зменшення площі порушених земель гірничими роботами автор рекомендує при будуванні кар’єру виконувати укладку розкривних порід до тимчасового відвалу, а після відпрацювання кар’єру пусті породу переміщувати в залишений вироблений простір розрізної траншеї, що дозволяє зменшити площу порушених земель.

Недоліком даного способу будівництво кар’єру є те, що тимчасовий відвал пропонується формувати на дільниці земельного відводу, де гірничі роботи будуть проводитись через 20-30 років, що призведе до складностей застосування цього способу, так як під час будівництва кар’єру ця територія може знаходитись в інтенсивному господарському користуванні. Другим недоліком є - це переекскавація всього об’єму породи у вироблений простір.

Автори роботи (Авторське свідоцтво СРСР№1245705, кл. С41/02, 1986) [6] рекультивації залишеного виробленого простору, що передбачає засипку залишеного виробленого простору спрямованим вибухом гірничих порід, залишених у бортах кар’єру з наступною закладкою виробленого простору кар’єру екскаваторами паралельними заходками від протилежних бортів

У відомому способі засипки є значний недолік, який полягає у тому, що брак розкривних порід у бортах кар’єру не дозволяє заповнювати увесь його вироблений простір, тому він може забезпечити лише для часткову рекультивацію порушеної поверхні землі гірничого відводу.

Автором роботи (Авторське свідоцтво Україна №70030, кл. Е 21F 15/08, 2007) [7] технічним рішенням проблеми є спосіб рекультивації вироблених просторів кар’єрів який передбачає його заповнення брикетованими твердими побутовими відходами з попереднім подрібненням і поярусною засипкою. Після складування відходи покриваються ізолюючим шаром глини, поверх якої укладають родючий шар ґрунту.

Недоліками цього способу є значні витрати, пов’язані з попереднім подрібненням твердих побутових відходів і виготовленням з них брикетів складною геометричної форми для забезпечення ізоляції від ґрунтових вод, а також процес додаткового транспортування їх на брикетну станцію звідкіля вони направляються у вироблений простір кар’єру.

Аналіз результатів досліджень виконаних авторами, а також сучасного стану і перспектив рекультивації земель порушених відкритими гірничими роботами, дозволяє обґрунтувати об’єкт і предмет дослідження сформувати ціль роботи, поставити наукову задачу і вирішити наступні задачі дослідження.

1.3 Мета, задачі і методи дослідження

Аналіз стану земель порушених відкритими гірничими роботами в Україні, показав, що переважно 60% земель порушені, з яких близько 10% земель частково рекультивуються типовими способами рекультивації та 5% майже не рекультивуються, а залишають за собою покинуті вироблені простори, що несуть в собі як біологічну, екологічну небезпеку для навколишнього середовища.

Огляд гірничотехнічної літератури і аналіз проведений наукових досліджень дозволяє встановити, що наявні робити присвячені, проблемі рекультивації залишених вироблених просторів кар’єру шляхом використання твердих побутових відходів, як сировини для закладки залишених виробок.

В проведених роботах недостатньо досліджені питання, щодо розробки технологічних параметрів підготовки залишеного виробленого простору до складування і використання, як полігон захоронення відходів у вироблений простір кар’єру, розробки методики способу сортування, вибору, класифікації відходів, розробка технологічних рішень, щодо створення ізолюючих шарів.

Недостатньо розробленість таких питань в теоретичному і методичному аспектах, визначили вибір теми дипломної роботи і дозволили сформулювати її основні задачі:

Мета роботи - обґрунтування можливості рекультивації залишених вироблених просторів обводнених кар’єрів, шляхом використання твердих будівельних відходів для відновлення земель порушених відкритою розробкою родовищ будівельних матеріалів.

Для досягнення вказаної мети були поставлені і вирішені наступні теоретичні та практичні задачі:

.   Аналіз і дослідження питання щодо кількості і стану порушених територій відкритими гірничими роботами та технологічних рішення з підвищенням якості рекультивації земель.

2.      Дослідження технологічних схем гірничотехнічної рекультивації й обґрунтування раціонального способу рекультивації залишкового виробленого простору в умовах обводнення кар’єру.

.        Технологічно обґрунтувати і розробити раціональні технологічні схеми гірничотехнічної рекультивації залишеного виробленого простору кар’єра будівельних відходів і гірничими породами

.        Встановити ефективність застосованих технологічних схем рекультивації залишеного виробленого просторів кар’єрів.

.        Обґрунтувати доцільність застосування розроблених технологічних схем рекультивації способом складування будівельних відходів в залишений вироблений простір в умовах Чаплинського кар’єру гранітів.

При вирішені поставлених задач застосовувалися методи:

. Наукового узагальнення та систематизації, при аналізі сучасного стану територій гірничодобувних підприємств України та Дніпропетровської області про кількість відходів на даних територіях, а також при перегляді гірничої літератури і обґрунтування можливості використання будівельних відходів як сировину для оновлення територій порушених відкритими гірничими роботами.

. Аналітичний і графоаналітичний метод - для визначення залежності необхідного об’єму відходів для оновлення рельєфу порушених відкритими гірничими роботами, від параметрів залишкового виробленого простору кар’єру.